原料豐富的鈉離子電池被認為是鋰離子電池最有希望的替代者,但是其能量密度顯著低于目前廣泛使用的鋰離子電池。另外,硬碳負極的使用使其成本居高不下。如果這些問題不能很好的解決,即使在大規模儲能領域,鈉離子電池也難以實現實際應用。無負極鈉電池構型使其有可能與傳統鋰離子電池匹敵甚至替代鋰離子電池。由于負極不使用任何活性物質并兼容輕質鋁集流體,無負極配置使電池的能量密度顯著提高,成本大幅降低。然而,通常使用的正極活性材料例如層狀氧化物、氟磷酸釩鈉和普魯士藍等具有較高的工作電壓,這和對鈉具有高可逆性但氧化穩定性差的醚類電解液難以兼容。
近日,筑波大學、南京大學的周豪慎教授和天津大學楊全紅教授合作,通過3A沸石分子篩獨特的去溶劑化性質制備了一種溶解度超過極限的新型醚類電解質,實現了高電壓無負極鈉電池的構建。
基于尺寸效應,通過利用3A沸石分子篩的有序納米孔,作者成功將具有高反應活性的去溶劑化過程從電極表面轉移到遠離電極的沸石分子篩中并構建了一個超越溶解度極限的新型電解液。這種獨特的去溶劑化過程和由此構建的新型電解液成功地抑制了醚類溶劑微弱但持續的氧化分解,顯著提升了醚類電解液的氧化穩定性。于此同時,鈉金屬負極在醚類電解液中高度可逆性 (99.91%)被很好的保留。 當這種新型電解液用于無負極電池中時,4.0V級電池表現出369 W h Kg-1的超高能量密度,這甚至超過典型的磷酸鐵鋰-石墨鋰離子電池(320 W h Kg-1)。另外,其也表現出優異的循環穩定性,在循環250圈以后仍保留有68.8 mAh g-1的容量。這種低成本的電解液改性策略有望推動高電壓無負極鈉電池的實際應用。 論文信息 Building a Beyond Concentrated Electrolyte for High-Voltage Anode-Free Rechargeable Sodium Batteries Ziyang Lu, Dr. Huijun Yang, Prof. Quan-Hong Yang, Prof. Ping He, Prof. Haoshen Zhou 文章的第一作者是筑波大學博士生陸子洋 Angewandte Chemie International Edition







