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謝佳/盧興Nano Energy：硝基富勒烯作為高性能鈉金屬電池的電解液相容添加劑

電解液添加劑對(duì)鈉金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性有重要影響，但由于與不同電解液的相容性差，嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。

華中科技大學(xué)謝佳、盧興等人在富勒烯(C₆₀)籠上合理?yè)饺胂趸玫搅艘环N可作為有效添加劑的硝基富勒烯 (C₆₀(NO₂)₆)，該添加劑與不同電解液具有高相容性，并且可以實(shí)現(xiàn)鈉金屬負(fù)極（SMAs）的高度可逆和無(wú)枝晶沉積/剝離。

C₆₀(NO₂)₆上的硝基不僅可以提高相容性，而且可以促進(jìn)形成含有氮化鈉 (NaN_xO_y/Na3N) 物種的理想SEI層，而C₆₀籠優(yōu)先錨定在鈉表面以誘導(dǎo)均勻的鈉沉積并形成致密光滑的形態(tài)。

Na電沉積的原位光學(xué)觀察證實(shí)，加入C₆₀(NO₂)₆添加劑后SMA的循環(huán)穩(wěn)定性有很大提高，這不僅促進(jìn)了SMA上穩(wěn)定保護(hù)層的形成，而且有利于Na的均勻沉積和有效抑制Na枝晶生長(zhǎng)。

圖1 C₆₀(NO₂)₆的表征

因此，采用C₆₀(NO₂)₆的Na||Na對(duì)稱電池在碳酸酯和醚類電解液中均顯示出低電壓滯后、高倍率性能和延長(zhǎng)的循環(huán)壽命。即使在5 mA cm^-2和5 mAh cm^-2下，Na||Cu半電池也可以在醚類電解液中穩(wěn)定循環(huán)超過(guò) 450小時(shí)。

此外，在碳酸酯電解液中實(shí)現(xiàn)了高負(fù)載Na||Na₃V₂(PO₄)₃@C (8.7 mg cm^-2)全電池循環(huán)穩(wěn)定性的顯著提高。

圖2 C₆₀(NO₂)₆添加劑對(duì)Na電極電化學(xué)性能的影響

Nitrofullerene as an Electrolyte-compatible Additive for High-performance Sodium Metal Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106396

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