Edge Electron Effect Induced High‐Entropy SEI for Durable Anode‐Free Sodium Batteries

材料科学 阳极 法拉第效率 成核 电解质 化学工程 电化学 阴极 电极 冶金 热力学 化学 物理化学 工程类 物理
作者
Junmin Ge,Cunshuang Ma,Yaoyang Zhang,Pei Ma,Jiyu Zhang,Zhengkun Xie,Longfei Wen,Guochuan Tang,Qingbao Wang,Wenbin Li,Xiaoniu Guo,Ying Guo,Erjin Zhang,Yinglao Zhang,Lingfei Zhao,Weihua Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202413253
摘要

Abstract Anode‐free sodium metal batteries represent great promising as high‐energy‐density and resource‐rich electrochemical energy storage systems. However, the savage growth of sodium metal and continuous consumption hinder its stable capacity output. Herein, ordered flower‐edges of zinc on Al substrate can induce high‐entropy solid electrolyte interphase (SEI) to adjust sodium uniform deposition and extremely reduce electrolyte consumption with ultrahigh initial Coulombic efficiency (97.05%) for prolong batteries cycling life. Theoretical and experimental studies have demonstrated that the electron‐donating property and exposed edge sites between (100) and (101) facets in zinc flower enhance anion adsorption onto the inner Helmholtz plane accelerating its interface decomposition. Additionally, the ordered zinc edges serve as homogeneous‐nucleating template, leading to thin and inorganic‐rich SEI layer (18 nm, ZnF 2 , NaZn 13 , NaF, and Na 2 CO 3 ) with high‐entropy discrete multicomponent distribution, so that fast and high‐flux Na ions transport field, thereby reducing the critical nucleation barrier and promoting sodium high density nucleation (7.36 × 10 13 N cm −2 ) and pyknotic growth (3 mAh cm −2 , 22 µm). The assembled anode‐free sodium batteries exhibit high stability (86%, 90 cycles) under ultrahigh cathode loading (32 mg cm −2 ). Moreover, the anode‐less single‐layer pouch batteries exhibit a durable capacity retention of 99% after 600 cycles.
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