Interfacial Protection Engineering of Sodium Nanoparticles toward Dendrite‐Free and Long‐Life Sodium Metal Battery

法拉第效率 材料科学 阴极 合金 纳米颗粒 化学工程 枝晶(数学) 金属 阳极 相间 电解质 纳米技术 电化学 电极 复合材料 化学 冶金 物理化学 工程类 生物 遗传学 数学 几何学
作者
Shunzhang You,Minghui Ye,Jiaming Xiong,Zuyang Hu,Yufei Zhang,Yang Yang,Cheng Chao Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (35): e2102400-e2102400 被引量:15
标识
DOI:10.1002/smll.202102400
摘要

Abstract The instability of interfacial solid‐electrolyte interphase (SEI) layer of metallic sodium (Na) anode during cycles results in the rapid capacity decay of sodium metal batteries (SMBs). Herein, the concept of interfacial protection engineering of Na nanoparticles (Na‐NPs) is proposed first to achieve stable, dendrite‐free, and long‐life SMB. Employing an ion‐exchange strategy, conformal Sn‐Na alloy‐SEI on the interface of Na‐NPs is constructed, forming Sn@Na‐NPs. The stable alloy‐based SEI layer possesses the following three advantages: 1) significantly enhancing the transport dynamics of Na + ions and electrons; 2) enabling the well‐distributed deposition of Na + ions to avoid the growth of dendrites; and 3) protecting the Sn@Na‐NPs anode from the attack of electrolyte, thereby reducing the parasitic reaction and boosting the Coulombic efficiency of SMBs. Because of these virtues, the symmetric Sn@Na‐NPs cell shows an ultralow voltage hysteresis of 0.54 V at 10 mA cm −2 after 600 h. Paired with the Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 O 2 F (NaVPF) cathode, the NaVPF‐Sn@Na‐NPs full cell exhibits an initial discharge capacity of 89.2 mAh g −1 at 1 C and a high capacity retention of 81.6% after 600 cycles.
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