在傳統(tǒng)的碳酸亞乙酯（EC）/碳酸亞丙酯（PC）電解液中，金屬鈉會自發(fā)地與溶劑分子發(fā)生有害反應(yīng)，這極大地限制了基于鈉金屬化學(xué)的高壓鈉金屬電池的實際可行性。在此，香港城市大學(xué)李振聲（Chun-Sing Lee）教授及鄭州大學(xué)李新建教授等人提出了一種通過在Na/In/C復(fù)合材料中引入NaIn和Na2In相的鈉金屬合金策略，旨在提高普通EC/PC電解液中Na離子的沉積穩(wěn)定性。Na/In/C復(fù)合材料是通過簡單的Na/In熔融金屬灌注方法制造的，以碳布為容納基底進(jìn)行冷凝過程（Na:In:C = 10:1:4）。結(jié)果顯示，具有Na/In/C電極的對稱電池可以分別在 1、2和5 mA cm-2的電流密度下具有優(yōu)異的循環(huán)壽命（依次為 >870h、> 710 h、> 560 h），容量為1 mAh cm-2。此外，在3 mAh cm-2的更高容量下也證明了穩(wěn)定的 Na 離子沉積行為。
圖1. Na/In/C復(fù)合材料的制造過程及形態(tài)表征掃描電子顯微鏡（SEM）和原位光學(xué)顯微鏡結(jié)果清楚地表明，Na離子平滑地沉積在Na/In/C表面上，沒有任何鈉枝晶。相反，在1.0 mA cm-2下沉積5分鐘后，在純Na金屬表面上觀察到多孔和枝晶形態(tài)。從頭算分子動力學(xué)（AIMD）、DFT計算、有限元 (FE) 計算和電化學(xué)分析清楚地揭示了In的存在促進(jìn)了Na離子的成核動力學(xué)和沉積穩(wěn)定性。此外，當(dāng)與高壓Na3V2O2?(PO4)3正極（高達(dá)4.3 V）配對時，使用Na/In/C負(fù)極的鈉金屬全電池在長期循環(huán)后表現(xiàn)出優(yōu)異的容量保持（每循環(huán)0.019%的低容量衰減）。所有這些綜合結(jié)果都為構(gòu)建Na/In/C復(fù)合負(fù)極以提高鈉金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性提供了深刻見解。
圖2. Na/In/C復(fù)合電極在鈉金屬全電池中的可行性
Fabricating Na/In/C Composite Anode with Natrophilic Na–In Alloy Enables Superior Na Ion Deposition in the EC/PC Electrolyte,?Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00756-7
