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堿金屬電極和固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)合被認(rèn)為是開發(fā)高能可充電電池的有前途策略。然而，這兩種組分的實(shí)際應(yīng)用受到大的界面電阻和循環(huán)過程中有害堿金屬沉積物（如枝晶）生長的阻礙，這些沉積物是由電極/固體電解質(zhì)的不良接觸引起的。

為了解決上述問題，天津理工大學(xué)毛智勇等人提出了一種不需要加熱操作的室溫超聲固體焊接策略，以改善Na金屬與Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ (NZSP) 無機(jī)固體電解質(zhì)之間的接觸。

通過對(duì)固態(tài)鈉金屬電池的界面性能和增強(qiáng)的應(yīng)用性能的詳細(xì)研究，作者發(fā)現(xiàn)通過超聲處理構(gòu)建的具有較低界面阻抗（~22.6 Ω cm²）的緊密接觸界面使Na對(duì)稱電池能夠在室溫下長時(shí)間在0.2 mA cm^-2下穩(wěn)定運(yùn)行。

此外，顯著提高的臨界電流密度（0.6 mA cm^-2）也證明了循環(huán)過程中鈉金屬的穩(wěn)定電鍍/剝離行為。

圖1. 金屬電極/固體電解質(zhì)界面的異位形態(tài)和化學(xué)特征

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，基于超聲處理的緊密接觸界面組裝的Na |NZSP| Na₃V₂(PO₄)₃電池可以穩(wěn)定循環(huán)超過900次，具有89.81% 的高容量保留率。此外，該電池還具有優(yōu)異的倍率性能，電流密度為0.05?mA?cm^-2時(shí)的可逆容量為104.1 mAh g^-1，當(dāng)電流密度為0.5 mA?cm^-2時(shí)，容量仍保持為93.0 mAh g^-1。

這項(xiàng)工作展示了一種快速、方便、低成本、節(jié)能和環(huán)保的方法來制造堿金屬負(fù)極和陶瓷電解質(zhì)之間的緊密接觸界面，為解決固態(tài)金屬電池中的界面問題提供了新的途徑。

圖2. Na金屬紐扣全電池的電化學(xué)特性

Improving the alkali metal electrode/inorganic solid electrolyte contact via room-temperature ultrasound solid welding, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-27473-4

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