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全固態(tài)堿金屬電池被視為“圣杯”高能量密度存儲系統(tǒng)。負極和固態(tài)電解質(zhì)之間牢固的物理接觸對于穩(wěn)定循環(huán)至關(guān)重要。然而，鈉金屬中緩慢的Na⁺擴散動力學導致脫鈉過程中失去物理接觸，并促進鈉的快速滲透。

新加坡國立大學曾開陽、呂力等人報道了一種由Na和Na₁₅Sn₄組成的復合負極，作為下一代全固態(tài)鈉金屬電池的潛在高比容量負極，并與鈉超離子導體固態(tài)電解質(zhì)一起使用。

在Na基體中添加Na₁₅Sn₄增加了負極層中的Na⁺擴散率，從而降低了在界面處形成孔的趨勢。結(jié)果，對稱復合負極電池顯示出2.5 mA cm^-2的高臨界電流密度和穩(wěn)定的恒電流循環(huán)，在0.5 mA cm^-2下循環(huán)超過 500 次。

此外，根據(jù)原位電化學阻抗譜，作者提出了一種解析擴散模型來描述脫鈉過程中負極的擴散機制。這項工作表明，電極需要高Na⁺擴散動力學才能與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合，以實現(xiàn)穩(wěn)健的物理界面。

曾開陽/呂力AEM：一種使用鈉-錫合金改性鈉金屬負極的堅固固-固界面

圖1. 結(jié)構(gòu)與形貌表征

曾開陽/呂力AEM：一種使用鈉-錫合金改性鈉金屬負極的堅固固-固界面

圖2. Na⁺擴散的動力學模型研究

A Robust Solid–Solid Interface Using Sodium–Tin Alloy Modified Metallic Sodium Anode Paving Way for All-Solid-State Battery. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101228

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