A Dual‐Function Additive to Regulate Nucleation Behavior and Interfacial Chemistry for Ultra‐Stable Na Metal Anodes beyond One Year

材料科学 成核 法拉第效率 电解质 阳极 金属 化学工程 相间 化学物理 物理化学 冶金 化学 有机化学 电极 工程类 生物 遗传学
作者
Qianwen Chen,Weiman Zhuang,Zhen Hou,Yabin Jiang,Jianyong Wan,Tianxu Zhang,Yun Zhao,Limin Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (4) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202210206
摘要

Abstract Sodium (Na) metal anodes suffer from dendrite formation and inferior reversibility, mainly induced by the inhomogeneous nucleation/growth and fragile solid electrolyte interphase (SEI), which hinders their commercial application. Optimizing nucleation behavior or SEI features can improve Na deposition/stripping process, as observed in most currently available approaches, but its long‐term cyclic stability remains a great challenge because these issues are not fully optimized/solved in an individual method. Herein, a dual‐role crown ether additive (CEA) is introduced into electrolytes to circumvent these challenges concurrently. As revealed by experiments and theoretical calculations, CEA possesses a strong affinity with Na + and effectively regulates desolvation kinetics, leading to the uniform Na nucleation/growth. On the other hand, the resultant Na + /CEA complexes with a strong Lewis acid feature easily attract anions, which enables an anion‐abundant solvation sheath, resulting in a NaF‐rich SEI. Consequently, Na|Cu cells deliver a high average Coulombic efficiency of 99.95% beyond one year and stable cyclic stability over 3000 h even under a high depth of discharge (75%), surpassing most previous studies. Furthermore, this concept is readily extended to zinc metal batteries, verifying that simultaneous nucleation control and interfacial chemistry regulation are promising ways to realize stable metal anodes.
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