Engineering Sodium-Ion Solvation Structure to Stabilize Sodium Anodes: Universal Strategy for Fast-Charging and Safer Sodium-Ion Batteries

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作者
Lin Zhou,Zhen Cao,Jiao Zhang,Qujiang Sun,Yingqiang Wu,Wandi Wahyudi,Jang‐Yeon Hwang,Limin Wang,Luigi Cavallo,Yang‐Kook Sun,Husam N. Alshareef,Jun Ming
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (5): 3247-3254 被引量:147
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05355
摘要

Sodium-ion batteries are promising alternatives for lithium-ion batteries due to their lower cost caused by global sodium availability. However, the low Coulombic efficiency (CE) of the sodium metal plating/stripping process represents a serious issue for the Na anode, which hinders achieving a higher energy density. Herein, we report that the Na+ solvation structure, particularly the type and location of the anions, plays a critical role in determining the Na anode performance. We show that the low CE results from anion-mediated corrosion, which can be tackled readily through tuning the anion interaction at the electrolyte/anode interface. Our strategy thus enables fast-charging Na-ion and Na-S batteries with a remarkable cycle life. The presented insights differ from the prevailing interpretation that the failure mechanism mostly results from sodium dendrite growth and/or solid electrolyte interphase formation. Our anionic model introduces a new guideline for improving the electrolytes for metal-ion batteries with a greater energy density.
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