Fundamental Understanding and Quantification of Capacity Losses Involving the Negative Electrode in Sodium‐Ion Batteries

电解质 碳酸乙烯酯 化学 X射线光电子能谱 电化学 碳酸二乙酯 容量损失 溶解 电极 分析化学(期刊) 化学工程 色谱法 有机化学 物理化学 工程类
作者
Le Anh,Alexander Buckel,Andreas Hofmann,Leif Nyholm,Reza Younesi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (6): e2306771-e2306771 被引量:34
标识
DOI:10.1002/advs.202306771
摘要

Abstract Knowledge about capacity losses related to the solid electrolyte interphase (SEI) in sodium‐ion batteries (SIBs) is still limited. One major challenge in SIBs is that the solubility of SEI species in liquid electrolytes is comparatively higher than the corresponding species formed in Li‐ion batteries. This study sheds new light on the associated capacity losses due to initial SEI formation, SEI dissolution and subsequent SEI reformation, charge leakage via SEI and subsequent SEI growth, and diffusion‐controlled sodium trapping in electrode particles. By using a variety of electrochemical cycling protocols, synchrotron‐based X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC‐MS), and proton nuclear magnetic resonance ( 1 H‐NMR) spectroscopy, capacity losses due to changes in the SEI layer during different open circuit pause times are investigated in nine different electrolyte solutions. It is shown that the amount of capacity lost depends on the interplay between the electrolyte chemistry and the thickness and stability of the SEI layer. The highest capacity loss is measured in NaPF 6 in ethylene carboante mixed with diethylene carbonate electrolyte (i.e., 5 µAh h −1/2 pause or 2.78 mAh g·h −1/2 pause ) while the lowest value is found in NaTFSI in ethylene carbonate mixed with dimethoxyethance electrolyte (i.e., 1.3 µAh h −1/2 pause or 0.72 mAh g·h −1/2 pause ).
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