Batteries & Supercaps:新型混合电解液有效抑制水系钠离子电池中界面保护层和电极材料的溶解

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水系钠离子电池兼具钠资源储量丰富和水系电解液安全的双重优势,被普遍认为是一种极具潜力的大规模储能技术。传统水系电解液的电化学稳定窗口较窄(小于2 V)。虽然在负极表面构建固体-电解质界面层(SEI)能够从动力学上抑制析氢副反应,但是富含NaF的SEI成分在水系电解液中溶解度高,其SEI的稳定性较差,负极侧会发生严重的析氢反应。此外,钠离子电池中常用的磷酸钒钠正极材料在水系电解液中充放电时会发生持续地钒溶出现象,导致活性物质不停流失,因此如何有效抑制负极SEI保护层和正极活性物质在水系电解液中的溶解是实现高性能的水系钠离子电池关键核心技术。


近日,中国科学院青岛能源所崔光磊研究员带领的固态能源系统技术中心在常规的水系钠离子电解液中通过引入己二腈作为共溶剂成分,设计了一种新型的超高浓水系电解液(Na+与H2O摩尔比高达1:1),该电解液不仅具有较宽的电化学窗口(~2.75 V),而且还可以有效抑制SEI保护层和钒基氧化物正极材料在循环过程中的溶解现象,基于该电解液组装的NaTi2(PO4)3/Na3V2(PO4)3钠离子电池在5C倍率下充放电的平均库伦效率达到99.6%,并且循环1000圈后比容量保持率为71%。通过对该电解液溶剂化结构的探究发现,在这种超高浓电解液中几乎所有水分子均被束缚在钠离子的第一层溶剂化鞘中,活性比自由水分子大幅降低,这使得富含NaF的SEI成分和正极侧钒元素的溶出现象都得到了有效抑制,不但有效缓解了负极的析氢反应,还避免了正极活性物质的流失。



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文信息

Hybrid Electrolytes Enabling in-situ Interphase Protection and Suppressed Electrode Dissolution for Aqueous Sodium-Ion Batteries

Hao Wang, Tingting Liu, Dr. Xiaofan Du, Jinzhi Wang, Yuanyuan Yang, Huayu Qiu, Guoli Lu, Hongliang Li, Dr. Zheng Chen, Dr. Jingwen Zhao, Prof. Guanglei Cui

该论文的第一作者是2020级硕士生王浩


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202200246




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