Simultaneous Formation of Artificial SEI Film and 3D Host for Stable Metallic Sodium Anodes

材料科学 过电位 法拉第效率 阳极 金属 化学工程 电极 无机化学 电化学 冶金 化学 工程类 物理化学
作者
Di Zhang,Bin Li,Shuai Wang,Shubin Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (46): 40265-40272 被引量:73
标识
DOI:10.1021/acsami.7b12568
摘要

Metallic sodium is a promising anode for sodium-based batteries, owing to its high theoretical capacity (1165 mAh g-1) and low potential (-2.714 V vs standard hydrogen electrode). However, the growth of sodium dendrites and the infinite volume change of metallic sodium during sodium striping/plating result in a low Coulombic efficiency and poor cycling stability, generating a safety hazard of sodium-based batteries. Here, an efficient approach was proposed to simultaneously generate an artificial SEI film and 3D host for metallic sodium based on a conversion reaction (CR) between sodium and MoS2 (4Na + MoS2 = 2Na2S + Mo) at room temperature. In the resultant sodium-MoS2 hybrid after the conversion reaction (Na-MoS2 (CR)), the production Na2S is homogeneously dispersed on the surface of metallic sodium, which can act as an artificial SEI film, efficiently preventing the growth of sodium dendrites; the residual MoS2 nanosheets can construct a 3D host to confine metallic sodium, accommodating largely the volume change of sodium. Consequently, the Na-MoS2 (CR) hybrid exhibits very low overpotential of 25 mV and a very long cycle stability more than 1000 cycles. This novel strategy is promising to promote the development of metal (lithium, sodium, zinc)-based electrodes.

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