Extremely Stable Sodium Metal Batteries Enabled by Localized High-Concentration Electrolytes

法拉第效率 电解质 材料科学 金属 稀释剂 阳极 溶剂 溶剂化 化学工程 惰性 无机化学 化学 核化学 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Jianming Zheng,Shuru Chen,Wengao Zhao,Junhua Song,Mark Engelhard,Ji‐Guang Zhang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:3 (2): 315-321 被引量:564
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.7b01213
摘要

Sodium (Na) metal is a promising anode for Na-ion batteries. However, the high reactivity of Na metal with electrolytes and the low Na metal cycling efficiency have limited its practical application in rechargeable Na metal batteries. High-concentration electrolytes (HCE, ≥4 M) consisting of sodium bis(fluorosulfonyl)imide (NaFSI) and ether solvent could ensure the stable cycling of Na metal with high Coulombic efficiency but at the cost of high viscosity, poor wettability, and high salt cost. Here, we report that the salt concentration could be significantly reduced (≤1.5 M) by a hydrofluoroether as an “inert” diluent, which maintains the solvation structures of HCE, thereby forming a localized high-concentration electrolyte (LHCE). A LHCE [2.1 M NaFSI/1,2-dimethoxyethane (DME)–bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE) (solvent molar ratio 1:2)] enables dendrite-free Na deposition with a high Coulombic efficiency of >99%, fast charging (20C), and stable cycling (90.8% retention after 40 000 cycles) of Na∥Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 batteries.
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