Anode-Free Sodium Battery through in Situ Plating of Sodium Metal

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作者
Adam P. Cohn,Nitin Muralidharan,Rachel Carter,Keith Share,Cary L. Pint
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 1296-1301 被引量:335
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6b05174
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) have been pursued as a more cost-effective and more sustainable alternative to lithium-ion batteries (LIBs), but these advantages come at the expense of energy density. In this work, we demonstrate that the challenge of energy density for sodium chemistries can be overcome through an anode-free architecture enabled by the use of a nanocarbon nucleation layer formed on Al current collectors. Electrochemical studies show this configuration to provide highly stable and efficient plating and stripping of sodium metal over a range of currents up to 4 mA/cm2, sodium loading up to 12 mAh/cm2, and with long-term durability exceeding 1000 cycles at a current of 0.5 mA/cm2. Building upon this anode-free architecture, we demonstrate a full cell using a presodiated pyrite cathode to achieve energy densities of ∼400 Wh/kg, far surpassing recent reports on SIBs and even the theoretical maximum for LIB technology (387 Wh/kg for LiCoO2/graphite cells) while still relying on naturally abundant raw materials and cost-effective aqueous processing.
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