北京理工大学赵永杰/金海波AEM：原位生成Na-K电解质界面相实现固态钠金属电池零度运行
文 章 信 息
原位生成Na-K电解质界面相实现固态钠金属电池零度运行
第一作者：倪青
通讯作者：金海波*，赵永杰*
单位：北京理工大学，广东省科学院，中国人民大学
研 究 背 景
基于无机固态电解质的金属电池因其能量密度和安全性的优势在电化学储能领域具有巨大应用潜力。然而，一般的固态电池（SSBs）在实际研究中发现在界面稳定性和低温性能等方面仍需要进行提升。基于此，本文开发了一种局部锚定策略，以实现固态金属钠电池的长寿命循环。此外，文章重点研究和讨论了载流子的动力学传输及界面相形成过程。
文 章 简 介
北京理工大学的研究团队在Advanced Energy Materials上发表了题为“Rechargeable Sodium Solid-State Battery Enabled by In Situ Formed Na–K Interphase”的观点文章。该文章分析了基于K2MnFe(CN)6等正极匹配 Na3Zr2Si2PO12固态电解质的循环稳定性。分析比较了离子扩散动力学、界面相形成及枝晶抑制等科学问题。
图1. 界面演化示意图
本 文 要 点
（1）展示了一种局部靶向锚定策略，通过FESEM和TOF-SIMS等手段证明了氧化物陶瓷电解质与负极界面处的Na-K界面相的产生，该策略利用这种原位生成Na-K界面相，显著提升了固态钠金属电池的循环稳定性和低温性能。
（2）通过理论计算和实验实践，实现在NZSP陶瓷电解质中K+的痕量传输；K+的存在可以降低NZSP陶瓷电解质中Na+的协同转移势垒。
（3）对比K2MnFe(CN)6 (KMF)匹配NZSP陶瓷电解质的固态电池和Na2MnFe(CN)6 (NMF)基固态电池可以发现KMF基固态电池在25°C和0°C下均具有良好的电化学性能，这是由于形成Na-K界面相具有一定的枝晶抑制作用，FESEM和TOF-SIMS也表明KMF基固态电池中的Na沉积行为更稳定。
图2 （a-b）CINEB计算的Na+离子在NZSP中迁移示意图及能垒；（c-d）CINEB计算的K+离子在NZSP中迁移示意图及能垒。
图3 （a-b）MD模拟的Na+离子运动轨迹及在NZSP中迁移能垒；（c-d）MD模拟的含K+离子的NZSP中离子迁移轨迹及能垒。
图4 (a-c) NMF基固态钠金属电池的电化学性能；(d-j) KMF基固态钠金属电池的电化学性能。
文 章 链 接
Rechargeable Sodium Solid-State Battery Enabled by In Situ Formed Na–K Interphase
https://doi.org/10.1002/aenm.202300271
通 讯 作 者 简 介
赵永杰 副教授， 北京理工大学材料学院
主要从事金属氧化物功能材料的设计和性能关联研究。截止目前，以第一作者和通讯作者身份在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials、ACS Catalysis、Nano Letters、Nano Energy等杂志上发表SCI论文80余篇。申请获批中国国家发明专利10余项，主持国家自然科学基金项目、企业委托技术开发等项目。担任清华大学材料学院“先进材料国家级实验教学示范中心”教学指导委员会委员，国产期刊Rare Metals青年编委，期刊Batteries、Materials客座编辑。
金海波 教授，北京理工大学材料学院
先后主持和完成国家 863 计划课题、国防863计划课题、国家自然科学基金、教育部科学研究重大项目、国防类项目等各类科研课题多余项作为通讯作者或第一作者在Advanced Materials等材料类专业期刊发表SCI论文100余篇，SCI他引一万余次，获授权专利15项，作为主编出版教材2部。先后入选教育部新世纪人才、北京市科技新星、北京市优秀人才等支持计划、国家万人计划。
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