我国固态钠电池应用基础研究获进展

IT之家 5 月 12 日消息，据中科院之声消息，近日，中国科学院上海硅酸盐研究所设计了三维多孔碳支撑的超薄钠负极结构，赋予钠负极快速的离子传输和电荷转移动力学，缓解了局部电荷积累，实现了无枝晶的钠沉积。

相关研究成果以 Sodium-Ion Pump Enhanced Composite Sodium Anode Toward Fast-Charging and Practical N / P Ratio Solid-State Sodium Metal Batteries 为题，发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

据介绍，固态钠电池兼具资源丰富、安全性高、比能量高等特点，因此被认为是最具应用前景的新型储能技术之一。然而，固态钠电池在应用中面临诸多挑战，如钠金属负极与固态电解质之间的固-固接触导致高界面电阻和钠枝晶的形成，降低了钠的利用率，损害了电池的循环稳定性；商业化制造的钠箔厚度大多在 50µm 以上，较高的 N / P 比难以提供额外的容量，造成电池比能量的降低等。

针对上述问题，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员温兆银和吴相伟团队设计了三维多孔碳支撑的超薄钠负极结构，即在 NASICON 型电解质表面构建由金属有机框架 ZIF-8 / ZIF-67 衍生的三维多孔碳支撑层（NCC）作为界面修饰层。研究利用孔道的毛细作用改善熔融钠在固体电解质表面的润湿特性，并通过优化 NCC 厚度调控金属钠电极的厚度。

同时，研究利用碳材料的储能特性，在界面层中形成具有高离子扩散系数和良好导电性的钠化碳，并在电化学反应过程中充当钠离子泵，形成三维的离子 / 电子混合导电网络，赋予钠负极快速的离子传输和电荷转移动力学，缓解了局部电荷积累，实现了无枝晶的钠沉积。

实验结果表明，对称电池实现 3.5mA cm−2 的高临界电流密度和 0.2mA cm−2 下 6000 h 的长循环寿命。同时，匹配 Na3V2 (PO4) 3 正极的全电池在 10C 下经历 5100 次循环后展现出 90.2% 的高容量保持率，且使用有限钠金属负极与高面载量（17.3mg cm−2）的 Na3V2 (PO4) 3 正极组装的固态钠电池，在 N / P 比低至 1.05 的条件下，循环 100 次后的容量保持率高达 97%。

这一研究为设计实用化高能量密度和长循环寿命的固态钠金属电池奠定基础。

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