【南燕科研】深圳研究生院潘锋/杨卢奕团队在《Chem》期刊发表钠金属负极界面稳定性的重要突破

钠金属负极由于高比容量、低还原电位与丰富的自然资源，被称为钠离子电池的“圣杯”，但界面的固液界面中间相（SEI）的不稳定性限制了其在产业上的实际应用，一方面钠电电解液中SEI存在比锂电更为严重的溶解现象，导致了持续的界面副反应；另一方面SEI仍缺乏足够的机械强度来抑制钠枝晶的生长。然而， SEI的瞬间形成过程导致了其电化学生长机制难以解析，离位表征的测试结果不可避免与真实电池工况条件下的状态存在偏差，尽管大量研究对SEI的化学成分与物理性质进行了表征与分析，但对于SEI生长过程的直接观测目前仍是一个棘手的挑战。

基于此，北京大学潘锋＆杨卢奕团队通过将多种原位界面表征手段并进行联用，多维度联合揭示了钠金属负极SEI的电化学生长过程，对影响SEI稳定性的关键因素进行了系统的研究。经研究发现，SEI的化学-机械不稳定性的起因与SEI的电化学生长过程密切相关。在SEI生长的“钝化阶段”(~2.3 V到~1 V)，可溶性有机物是SEI的主要成分，它们发生溶解导致钠金属表面不能被有效钝化进而暴露在电解液中。当电位低于1 V时，SEI进入“生长阶段”，有机物和无机物都直接在暴露出的钠金属表面直接生成，但由于高溶解度，有机物的反复形成和溶解导致了无机物与表面发生分离，致使SEI演化为有机/无机组分混杂在一起的均匀分布的结构。该结构由于以有机物为主体导致了SEI具有较差的机械强度，而有机物的溶解也会导致内嵌的无机组分失去是支撑进而发生脱离，导致SEI整体都很难在电解液环境中稳定存在。

通过钝化阶段在钠金属表面预构建无机钝化层，可以有效地增强SEI的稳定性。钠金属表面被稳定的无机钝化层钝化，隔绝其在电解液环境中的暴露。在随后的生长阶段，SEI在该钝化层基础上进一步演化，使无机组分继续生长至更厚、更硬的无机组分层紧贴在钠金属表面，而有机分解产物只能生长在无机层的顶部。该结构的SEI提供了更高的机械强度与化学稳定性，更好地抵抗界面副反应与枝晶生长。

该成果以“In-situ probing the origin of interfacial instability of Na metal anode”为题，发表于国际顶级期刊《化学》（Chem，IF=23.5），新材料学院博士生冀昱辰与硕士生邱际民为文章的共同第一作者，潘锋教授与杨卢奕副研究员为通讯作者。本研究得到了深圳市科技创新委员会基础研究项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.06.002

来源：新材料学院

本期排版：南燕新闻社 吕斯

本期校对：南燕新闻社 怡宝

审核编辑：王琳 丁楷锐

审核发布：王可佳

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