长达2200小时!常熟理工/东北师大AFM:液态镓金属辅助自修复混合界面层助力高可逆性钠金属电池

长达2200小时!常熟理工/东北师大AFM:液态镓金属辅助自修复混合界面层助力高可逆性钠金属电池

钠金属电池(SMBs)因其突出优势而备受关注,然而不稳定的固体电解质界面(SEI)膜以及枝晶生长,给钠金属电池的实际应用带来了巨大威胁。

长达2200小时!常熟理工/东北师大AFM:液态镓金属辅助自修复混合界面层助力高可逆性钠金属电池

在此,常熟理工学院耿洪波东北师范大学吴兴隆等人设计了一种由液态镓金属辅助、具有自修复功能的界面层(Ga/Na₂Se)。通过原位表征理论分析相结合,作者全面揭示了该界面层的运行机制。原位形成的镓液态金属不仅具备自修复功能,能够在循环过程中修复界面结构的破损,而且具有良好的Na+扩散势垒,使得Na+能够均匀分散。同时,Na₂Se超离子导体可调节中间层的Na+通量,有效避免枝晶的形成。

基于此,对称电池在0.5 mA cm⁻²/1.0 mAh cm⁻²的条件下,实现了长达2200小时的优异循环寿命。此外,采用NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂正极组装的软包全电池,也展现出优越的循环稳定性,在1.0 C的倍率下循环5000次后,仍可提供75.9 mAh g⁻¹的比容量。

长达2200小时!常熟理工/东北师大AFM:液态镓金属辅助自修复混合界面层助力高可逆性钠金属电池

图1. 机制探究

总之,该工作通过简便的机械滚压策略,成功为高能量密度Na金属电池设计出一种具有新颖自修复功能的Ga⁰/Na₂Se多层界面。得益于镓液态金属和Na₂Se超离子导体,制备的GNS电极展现出均匀的Na⁺分布和自平滑的界面结构,从而调控Na⁺沉积行为,实现无枝晶形态的形成。

基于此,GNS多层界面不仅在对称电池中,于0.5 mA cm⁻²/1.0 mAh cm⁻²的条件下,表现出超过2200小时的优异循环耐久性,而且在与商用NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极搭配组成软包全电池时,实现了超过5000次循环的出色寿命。因此,该工作为未来先进的高能量密度钠金属电池提供了一条可行路径。

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图2. 电池性能

Self-Healing Hybrid Interphase Layer Assisted by Liquid Gallium Metal Toward Exceptionally Reversible Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202425423 

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