Advanced Functional Materials:石墨:高性能金属钠负极的优异载体

钠离子电池因其具有较高的能量密度,以及其原材料的低廉、资源丰富等优点,在大规模能源存储设备中表现出了巨大的潜力。金属钠由于其具有较低的还原电势和相对较高的比容量,已成为了最理想的钠离子电池负极材料。尽管金属钠负极具有上述优点,其也面临着诸多挑战。在反复沉积-剥离过程中,枝晶/苔藓状金属钠的生长极易导致“死钠”的形成,因此加速全电池性能的恶化。其次,不断形成的金属钠新表面会与电解液发生不可逆反应,最终导致低的库伦效率和电解液消耗殆尽。因此,上述问题严重阻碍了金属钠负极的广泛应用。

复旦大学化学系夏永姚课题组和合作者利用石墨负极在醚类电解液中发生[Na-DEGDME]+共嵌入反应的特性,实现了金属钠在共嵌入石墨表面的均匀沉积-剥离。在2 mA cm−2电流密度下能稳定循环900圈以上,平均库伦效率高达99.86%。DFT理论计算表明[Na-DEGDME]+共嵌入石墨对Na具有较强的结合能力以及与Na晶胞之间具有较低的晶格错配度。相关工作以“Dendrite-free and long-cycling sodium metal batteries enabled by sodium-ether co-intercalated graphite anode”为题,发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202009778)上。

作者简介:

张翔,复旦大学博士后(2019.3-2021.3),现任职于中南林业科技大学(2017年-至今)。研究内容涉及锂/钠离子电池电极材料的设计与制备、生物质材料在在电化学能源转换和存储方面的应用。

郝峰,山东大学土建与水利学院教授,博士生导师。主要开展的研究内容为:锂电池等储能系统的力学-化学耦合理论和计算;先进结构的力学行为;二维材料的纳米尺度传热;微观结构演化的计算模型;新能源电动汽车安全设计。

夏永姚,复旦大学化学系教授,博士生导师。课题组研究方向为电化学能源转换与存储材料的设计与合成,并探究这些材料的化学和物理性质与性能之间的内在机理。