Low‐Temperature‐Resistant Sodium‐Metal Batteries Enabled by Amphiphilic Diluent‐Enhanced Electrolyte Design

电解质 聚丙烯腈 稀释剂 材料科学 溶剂化 法拉第效率 化学工程 储能 两亲性 纳米技术 金属 强电解质 离子 水溶液中的金属离子 合理设计 工作(物理) 电极 自组装 有机自由基电池
作者
Danjing Lin,H. Wang,Zhenwei Song,Kena Zhang,Xiaochuan Chen,Kai Zhu,Manxian Li,Jingyue Zhao,Xing Chen,Lianbo Ma,Xiaoyan Li,Ziwei Yuan,Yuming Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (14): e14885-e14885
标识
DOI:10.1002/smll.202514885
摘要

Sodium metal batteries (SMBs) are a promising solution for grid-scale energy storage due to their high theoretical capacity, cost-effectiveness, and abundant sodium resources. However, their practical deployment is significantly constrained by unstable electrode-electrolyte interphases (EEIs) and sluggish interfacial kinetics, especially at low temperatures, leading to poor temperature tolerance and rapid capacity degradation. Herein, we present a rational electrolyte design strategy incorporating an amphiphilic diluent to modulate the solvation environment for low-temperature SMBs. This diluent enhances Na+ transport within the electrolyte compared to traditional non-coordinating diluents and promotes anion incorporation into the Na+ solvation sheath, thereby enabling the construction of robust, anion-derived, inorganic-rich EEIs. As a result, Na||Al/C half cells achieve impressive Coulombic efficiencies of 97.84% at 25°C and 93.85% at -20°C. Additionally, Na||sulfurized polyacrylonitrile full cells demonstrate outstanding cycling stability, retaining 93.4% of their capacity over 500 cycles at 1000 mA g-1 and 25°C. Notably, the optimized electrolyte maintains stable low-temperature performance for 200 cycles at -20°C. This work introduces a versatile electrolyte-engineering strategy that stabilizes sodium metal interfaces, paving the way for durable, low-temperature-resistant sodium-sulfur batteries and beyond.
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