经过晶界改性的铝集流体，用于高能量密度的初始无阳极钠金属电池

《Nature Communications》：Grain boundary engineered aluminum current collector for energy-dense initially anode-free sodium metal batteries

　　

摘要

最初无阳极的钠金属电池作为高比能量和安全电池系统的候选者具有巨大潜力，这类电池完全依赖于阴极中的钠储存层。然而，电化学上不活跃的“死”钠离子的不可逆积累以及不稳定的固体电解质界面会迅速消耗活性钠离子，从而严重限制了电池的循环性能。在此研究中，我们采用了一种富含镓的晶界多晶铝集流体来控制铝离子的溶解过程。溶解的铝离子改变了电解质的局部配位环境，进而扰乱了钠离子的溶剂化平衡，促进了钠离子向正极迁移以实现电荷补偿。这种富含镓的铝集流体使得钠离子的沉积/剥离过程在超过2500次循环后仍能保持稳定。在1 M NaPF₆和二甘醇电解液中，使用Na₃V₂(PO₄)₃作为正极材料的 pouch 电池在35.1 mA g^?1的电流下经过100次循环后，仍能保持88.7%的容量保持率（其标称容量为117 mAh g^?1）。此外，当正极负载量较高（47.4 mg cm^?2）时，整个电池的比能量达到了201.5 Wh kg^?1（该数值基于正极、负极、隔膜和电解质等所有组件的综合计算）。这项工作提出了一种可行的集流体设计概念，该概念可以应用于其他最初无阳极的电池系统中。