西工大马越EEM：面向高能量/高可逆钠金属电池的亲钠柔性支架

2023年10月15日下午4:01 • 顶刊解读

金属负极在能量密集型电池中的实际部署受到与非质子电解质接触的热力学不稳定界面、基底的结构坍塌以及它们对金属沉积物的亲和力不足的阻碍。

西北工业大学马越等提出了具有单分散、超细Sn₄P₃纳米粒子封装的机械柔性、轻质(1.2 mg cm^-2)碳纳米纤维支架作为沉积基底(Sn₄P₃ NP@CNF)，以实现高达4 mAh cm^-2的高面积钠负载量。

西工大马越EEM：面向高能量/高可逆钠金属电池的亲钠柔性支架

图1. 材料制备及表征

这种配置设计在空间上将均匀分布的约2-5 nm的Sn₄P₃纳米颗粒(NPs)限制在中孔内，以抑制合金化过程的体积膨胀并减少它们与电解质的直接接触。基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算表明，合金化诱导的非均相中间体（Na₃P和Na₁₅Sn₄）可作为亲钠位点来增强Na亲和力。同时，多孔CNF调节异质合金化过程并限制沉积物沿纳米纤维方向的传播。

西工大马越EEM：面向高能量/高可逆钠金属电池的亲钠柔性支架

图2. 半电池性能

因此，Sn₄P₃ NP@CNF电极可以保持可逆的高容量负载（1 mA cm^-2时为4 mAh cm^-2）、高平均库仑效率（CE，99.6%）和低电压滞后（26 mV）。

此外，通过精确控制与NaVPO₄F正极（8.7 mg cm^-2）的配对，Sn₄P₃ NP@CNF负极（1* Na过量）的实际可行性在2 mAh单层原型软包电池中得到验证，它在各种机械弯曲状态实现了261.8 Wh kg^-1的能量密度和1047.2 W kg^-1的最高功率输出（基于活性材料计算），经过150次循环的容量保持率为95.7%。

西工大马越EEM：面向高能量/高可逆钠金属电池的亲钠柔性支架

图3. 全电池性能

Affinity-Engineered Flexible Scaffold towards Energy-Dense, Highly-Reversible Na Metal Batteries. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12350

西工大马越EEM：面向高能量/高可逆钠金属电池的亲钠柔性支架

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