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與傳統(tǒng)的酯類電解液相比，硬碳 (HC) 負極在醚類電解液中的儲鈉性能表現(xiàn)出更高的初始庫侖效率 (ICE) 和更好的倍率性能。然而，醚類電解液中HC更快的Na存儲動力學(xué)機制尚不清楚。

在此，北京理工大學(xué)吳川教授、白瑩教授等人使用設(shè)計的單分散HC納米球（HCNS）報道了醚類電解液中獨特的溶劑化Na⁺和普通Na⁺共嵌入機制。

作者通過冷凍電鏡 (cryo-TEM) 、飛行時間二次離子質(zhì)譜 (ToF-SIMS)、原子力顯微鏡（AFM）、深度剖面XPS等結(jié)合電化學(xué)動力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在醚類電解液中形成的具有高無機比例的薄固體電解質(zhì)界面膜，這有助于Na⁺傳輸，并導(dǎo)致高ICE。此外，分子動力學(xué)模擬揭示了醚類電解液中的溶劑化Na⁺快速擴散動力學(xué)。

圖1. HCNS的合成示意圖及表征

得益于醚類電解液的貢獻，基于HCNS的半電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能（10 A g^-1時比容量為214 mAh g^-1，平臺充電容量高達120 mAh g^-1）和高ICE（1 A g^-1時為84.93%）；

在全電池中，1 A g^-1循環(huán)1000次后仍可獲得110.3 mAh g^-1的高比容量。這項工作提供了對鈉離子電池醚基電解液增強電化學(xué)性能機制的一般理解，并為未來其他電池系統(tǒng)動力學(xué)特性的研究提供了指導(dǎo)。

圖2. HCNS在不同電解液中的電化學(xué)性能

Elucidating the Mechanism of Fast Na Storage Kinetics in Ether Electrolytes for Hard Carbon Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202008810

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北理吳川/白瑩AM: 闡明硬碳負極在醚類電解液中快速儲鈉動力學(xué)的機制

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