溶剂约束策略实现高功率无阳极钠CTM蓄电池
发布时间：2026-07-24 19:28:13 点击： 次
无阳极钠电池（AFSBs）因其高能量密度和低成本，被视为下一代储能技术的有前景候选产品。然而，其循环和速率性能因界面不稳定和树突生长而受到严重影响。在这里，利用具有适度离子-偶极相互作用的电解质实现高功率AFSB，并通过溶剂约束策略实现。具体来说，将极少量的4A沸石分子筛纳米颗粒，具有对溶剂分子的定向亲和力，被引入典型醚电解质中，从而约束溶剂分子。这加速了界面脱溶，从而增强了Na⁺的输运动力学。与此同时，溶剂结构中阴离子配位数的增加有利于形成富含无机的固态电解质界面。此外，颗粒会嵌入Na沉积层内，显著增强其稳定性。因此，在700次Na电镀/剥离过程中，平均库仑效率（99.96%）可实现，Na||Na对称电池在10毫安厘米下稳定工作>800小时–2.无阳极的Al||不3V2（PO4)3电池的功率密度为1909.56瓦千克–1阴极（5摄氏度），在1摄氏度下300次循环后，仍保持近70%的容量。本研究提出了一种简便的电解质设计策略，以实现高性能AFSBs。
简介
电解质工程为提升AFSB性能提供了有效途径[11,12]。一方面，弱溶剂化策略可以通过偶极-偶极相互作用或引入多阴离子化学来建立阴离子主导的溶剂结构[13]。这促进了无机物SEI的形成，从而在低电流密度下实现高度可逆的Na电镀/剥离[14]。然而，过弱的离子-偶极相互作用常常阻碍盐的解离，导致离子电导率相对较低[15,16]。在高电流密度下，离子电导率不足容易导致钠通量不均和浓度极化显著，导致严重树突状生长[17,18]。另一方面，虽然强离子-偶极结合能保证高盐分离，但也会提高溶剂结构中有机溶剂分子的比例[19]。这些溶剂在循环过程中易分解，产生气体副产物，形成富含有机物且机械脆弱的SEI，从而影响界面稳定性;持续消耗溶剂会进一步降低离子电导率[[20]， [21]， [22]]。高功率AFSB对电解质要求更严格：必须保持高离子导电性，同时支持坚固且富含无机物的SEI，以承受激烈循环。在这一观点下，实现AFSB的高功率运行和长期循环仍是一项艰巨的挑战。
在此，高功率AFSB是利用具有缓和离子-偶极相互作用的电解质实现的，该电解质通过溶剂约束策略实现。极性4A沸石分子筛（MS）的超低载荷纳米颗粒选择性地限制了Na⁺配位溶剂分子，从而建立适度的离子-偶极相互作用。这种减速显著加速界面溶解，同时不影响盐解离。它还增加了阴离子在溶剂结构中的参与，从而促进无机物丰富的SEI形成，抑制树突的生长。同时，无机MS纳米颗粒在充电过程中与Na⁺共沉积，减少了Na在循环时的粉碎。因此，Al||不3V2（PO4)3功率密度为1909.56瓦的（NVP）电池–1阴极（5摄氏度）能够实现，同时在1摄氏度下维持超过300个循环的稳定循环。这种溶剂约束策略为实现高性能AFSB提供了有前景的途径。