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周震/唐賓AFM：SnF2誘導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)電層，助力低阻抗固態(tài)鈉電池

固態(tài)鈉電池已經(jīng)獲得了相當(dāng)大的興趣。然而，它們的電化學(xué)性能受到鈉金屬和無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)之間嚴(yán)重的界面阻力以及電解質(zhì)內(nèi)鈉枝晶生長(zhǎng)的阻礙。

圖1 材料制備及表征

南開大學(xué)周震、鄭州大學(xué)唐賓等首次在無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)Na_3.2Zr_1.9Ca_0.1Si₂PO₁₂（NCZSP）的表面上引入一層均勻而緊密的SnF₂薄膜，以通過(guò)有效而直接的過(guò)程改善接觸。

具體而言，作者利用簡(jiǎn)單的溶液滴注技術(shù)，通過(guò)SnF₂和Na金屬在Ca摻雜的NASICON固態(tài)電解質(zhì)表面的原位轉(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)，創(chuàng)造了一個(gè)均勻和理想的復(fù)合導(dǎo)電層，其由Na_xSn合金和NaF組成。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算驗(yàn)證了SnF₂作為固態(tài)鈉電池有效界面改性層的可行性，這種界面層增強(qiáng)了鈉金屬在NCZSP上的潤(rùn)濕性，促進(jìn)了快速的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，并確保了局部電流密度的均勻分布。

圖2 半電池性能

因此，Na/NCZSP的界面電阻從813顯著下降到5 Ω cm²，臨界電流密度急劇增加到1.8 mA cm^-2，而裸NCZSP僅為0.2 mA cm^-2。

對(duì)稱電池能夠在30℃下以0.2 mA cm^-2可穩(wěn)定地循環(huán)1300小時(shí)，并表現(xiàn)出0.3和0.5 mA cm^-2的出色電流耐受性。此外，Na₃V₂(PO₄)₃/SnF₂-NCZSP/Na全電池顯示出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。事實(shí)證明，SnF₂誘導(dǎo)的夾層在改善界面接觸和抑制鈉枝晶的生長(zhǎng)方面具有重要意義，從而促進(jìn)了固態(tài)鈉電池的發(fā)展。

圖3 全電池性能

SnF2-Induced Highly Current-Tolerant Solid Electrolytes for Solid-State Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306558

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