金属钠电池固体电解质界面的金属解质界面化学演化 尼古拉斯 一、【导读】 近些年来，钠电由于都市化的池固快捷睁开以及天下生齿的急剧削减，全天下能源破费清晰削减。体电有限的学演化石燃料储量激发了人们的亲密关注，并匆匆使钻研职员谋求可再沉闷力来知足日益削减的化质能源需要。钠金属电池以其低老本、料牛高的金属解质界面实际比容量（1165 mAh g-1）以及低电压（相对于尺度氢电极的电压-2.71 V）优势有望睁开为下一代绿色高效的储能系统。可是钠电，金属钠负极的池固运用还面临如下挑战，搜罗枝晶妨碍、体电负极/电解质界面的学演寄生反映以及严正的体积变更，这些因素会导致电池失效，化质带来清静性下场。料牛 二、金属解质界面【下场掠影】 负极概况组成的固体电解质界面(SEI)是抉择钠金属电池(SMBs)寿命的关键因素之一。可是，SEI成份重大，且在充放电历程中会不断爆发动态演化，人们对于其化学以及宏不雅妄想的清晰还不够深入。来自浙江大学的孔学谦团队钻研了二氟草酸硼酸钠（NaDFOB）电解液在金属负极概况组成的SEI的妄想以及其随循环的动态演化。原位核磁共振(NMR)表明，DFOB阴离子的优先复原有助于SEI的组成，并抑制了碳酸盐溶剂的分解。深度合成X射线光电子能谱以及高分说固体核磁共振表明，随着电化学循环的妨碍，DFOB阴离子被复原，在负极概况组成富含硼酸盐以及含氟的SEI层，可能实用呵护金属负极，该SEI的呵护下场在50个循环时抵达最佳，使SMBs的循环寿命缩短了3倍。该钻研内容为SEI的工程化妄想提供了紧张教育。 相关钻研下场以“The chemical evolution of solid electrolyte interface in sodium metal batteries”为题宣告在国内驰名期刊Science Advances上。
三、【中间立异点】 1.本文钻研了由二氟草酸硼酸钠(NaDFOB)以及碳酸酯溶剂组成的电解液对于金属负极的呵护熏染，该电解液在钠金属电池（SMBs）中展现出优异的电化学功能，并在钠负极概况组成晃动的SEI。服从表明，DFOB阴离子具备较低的最低未占有份子轨道，可优先有机溶剂爆发复原。NaDFOB电解液的SEI组成机理差距于老例电解液。 2.钻研了电极概况优异的SEI呵护层若何缩短电池寿命，SEI的化学妄想若何随循环的妨碍爆发演化，以及为甚么特定的SEI组成对于电池功能更有利。运用原位1H，19F以及11B核磁共振谱量化了电池循环历程中电解液各组分的破费。 3.用固体核磁共振以及XPS深度合成揭示了差距循环阶段SEI组成的化学变更。钻研表明，SEI层为由有机内层以及大批有机外层组成的双层妄想，富含B以及F的有机层可能提供优异的机械强度抑制枝晶妨碍以及钠金属的体积缩短，硼酸钠含量的削减对于SEI品质的提升起自动熏染。 四、【数据概览】
图1 SEI的呵护下场展现图 © 2022 AAAS (a) 电池先拆后装的钻研措施展现图 (b) 差距负极片组装的Na/Na对于称电池的循环寿命比力 (c) 差距负极片组装的NVOPF/Na电池的长周期循环功能比力
图2 原位核磁共振 ©2022 AAAS (a) 原位核磁共振装置展现图 (b) 1.0 M NaDFOB/EC:DMC电解液组装的对于称电池中，电解质盐以及溶剂随循环的破费 (c) 1.0 M NaPF6/EC:DMC电解液组装的对于称电池中，电解质盐以及溶剂随循环的破费
图3 循环后金属Na负极极片的XPS合成 © 2022 AAAS (a)-(d) Na电极在NaDFOB/EC:DMC电解液中循环50周后的C1s、O1s、B1s以及F1s概况XPS谱 (e) 差距循环阶段的Na电极 (5th, 50th, 200th) 概况碳、硼、氟以及钠原子含量随Ar离子刻蚀光阴的变更
图4 SEI的固态核磁共振合成 ©2022 AAAS (a) 分说经由15，50，100以及200个循环后的Na电极的23Na一维固体NMR试验以及拟合谱 (b) 分说经由15，50，100以及200个循环后的Na电极的11B一维固体NMR试验以及拟合谱
图5 金属钠电极在NaDFOB-EC:DMC电解液中组成的SEI组成展现图 ©2022 AAAS 五、【下场开辟】 综上所述，本文钻研了NaDFOB基电解液衍生的SEI在电池差距循环阶段对于金属负极的呵护熏染及其成份演化。原位定量NMR服从表明，NaDFOB盐的优先复原有助于SEI的组成，从而实用抑制了有机溶剂的分解。XPS以及高分说率MAS NMR表征证实，SEI由富含硼酸盐以及碳酸钠的有机内层以及大批有机外层组成。散漫电化学测试服从，咱们预料SEI中硼酸钠含量的削减对于晃动钠金属负极起到了自动熏染。咱们的使命加深了对于SEI组成历程的清晰，建树了SEI性子与功能之间的直接分割关连，为此外系统中SEI的钻研提供了新思绪，也为SEI的妄想以及优化提供了确定的参考价钱。 原文概况： The chemical evolution of solid electrolyte interface in sodium metal batteries (Science Advances , DOI: 10.1126/sciadv.abm4606) 本文由尼古拉斯供稿。
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