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華科ACS Energy Letters：乙酸鈉作為添加劑提高鈉離子電池的能量密度

鈉離子電池由于資源豐富且成本較低，被認(rèn)為是商用鋰離子電池的一種理想替代品。然而，鈉離子電池由于負(fù)極界面鈉離子的不可逆損失而導(dǎo)致初始庫(kù)侖效率不理想進(jìn)而限制了其實(shí)際應(yīng)用。

在此，華中科技大學(xué)黃云輝、李真等人利用乙酸鈉（NaAc）作為犧牲材料來(lái)提供額外的鈉。具體而言，NaAc 添加劑在電池循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體，從而在電極內(nèi)形成孔隙，進(jìn)而增強(qiáng)離子運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，氣體的消除確保了循環(huán)穩(wěn)定性不受影響，從而顯著提高了預(yù)堿化電極的倍率性能。

此外，電化學(xué)模擬揭示了更均勻的局部電流密度，可以提高電極的容量。隨著鈉離子和氣體的釋放，NaAc 添加劑的“死質(zhì)量”可以被消除。Na₃V₂(PO₄)₃–10%NaAc||硬碳軟包電池的能量密度有所提高，比沒(méi)有添加添加劑的電池提高了38%。

圖1. 電池性能及作用機(jī)制

總之，該工作采用一種經(jīng)濟(jì)有效的有機(jī)鈉鹽 NaAc 作為正極添加劑來(lái)制備預(yù)沉淀的 NVP 電極。研究表明，向 NVP 正極添加 10% NaAc 可實(shí)現(xiàn)最高程度的分解，在電極內(nèi)形成最多的孔隙。模擬計(jì)算證實(shí)，預(yù)堿化電極中的孔隙降低了高負(fù)載下的極化過(guò)電位，從而提高了倍率性能。同時(shí)，從電池中排出氣體可確保穩(wěn)定的性能并減少與 NaAc 添加劑相關(guān)的“死質(zhì)量”。

基于此，NVP–10%NaAc || HC 軟包電池表現(xiàn)出出色的倍率性能，“ICE”高達(dá) 76%，能量密度為 146 Wh kg^-1。此外，鈉鹽的產(chǎn)氣行為具有雙重目的：在正極中產(chǎn)生孔隙以增強(qiáng)鈉離子的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)減少與正極添加劑相關(guān)的“死質(zhì)量”。因此，該工作提出的策略具有廣泛的適用性，可為實(shí)現(xiàn)高性能 SIB 提供靈感。

圖2. 軟包電池性能

Sodium Acetate as Residual-Free Presodiation Additive for Enhancing the Energy Density of Sodium-Ion Batteries,?ACS Energy Letters?2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02744

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