Unveiling the Electro‐Chemo‐Mechanical Failure Mechanism of Sodium Metal Anodes in Sodium–Oxygen Batteries by Synchrotron X‐Ray Computed Tomography

材料科学 阳极 同步加速器 电化学 多孔性 析氧 氧化物 金属 氧气 压力(语言学) 复合材料 腐蚀 冶金 纳米技术 电极 光学 有机化学 化学 物理化学 哲学 物理 语言学
作者
Xia Zhang,Shenghang Zhang,Jie Lu,Fengcheng Tang,Kang Dong,Zhenjiang Yu,André Hilger,Markus Osenberg,Henning Markötter,Fabian Wilde,Shu Zhang,Jingwen Zhao,Gaojie Xu,Ingo Manke,Fu Sun,Guanglei Cui
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (37) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202402253
摘要

Abstract Rechargeable sodium–oxygen batteries (NaOBs) are receiving extensive research interests because of their advantages such as ultrahigh energy density and cost efficiency. However, the severe failure of Na metal anodes has impeded the commercial development of NaOBs. Herein, combining in situ synchrotron X‐ray computed tomography (SXCT) and other complementary characterizations, a novel electro‐chemo‐mechanical failure mechanism of sodium metal anode in NaOBs is elucidated. It is visually showcased that the Na metal anodes involve a three‐stage decay evolution of a porous Na reactive interphase layer (NRIL): from the initially dot‐shaped voids evolved into the spindle‐shaped voids and the eventually‐developed ruptured cracks. The initiation of this three‐stage evolution begins with chemical‐resting and is exacerbated by further electrochemical cycling. From corrosion science and fracture mechanics, theoretical simulations suggest that the evolution of porous NRIL is driven by the concentrated stress at crack tips. The findings illustrate the importance of preventing electro‐chemo‐mechanical degradation of Na anodes in practically rechargeable NaOBs.

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