Regulating Solvation Shell to Fortify Anion–Cation Coordination for Enhanced Sodium Metal Battery Stability

电池(电) 离子 溶剂化 化学 溶剂化壳 金属 壳体(结构) 水溶液中的金属离子 无机化学 材料科学 热力学 有机化学 物理 复合材料 功率(物理)
作者
Zhangbin Cheng,Zehui Zhang,Feilong Qiu,Zheng Gao,Haijiao Xie,Zhen Xu,Min Jia,Xiaoyu Zhang,Haoshen Zhou
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (1): 177-184 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c02751
摘要

The use of sodium metal as an anode presents a promising avenue for high energy density sodium rechargeable batteries given its high specific capacity and low redox potential. However, sodium metal batteries (SMBs) encounter significant challenges, including interfacial parasitic reactions and dendrite growth. Developing a robust solid electrolyte interphase (SEI) is crucial for SMB engineering. This study introduces hydrofluoroether as a diluent in high-concentration electrolytes, effectively modifying the solvation structure to enhance ion-pair coordination, which leads to an inorganic-rich SEI, mitigating sodium depletion and dendrite formation. Consequently, localized high concentration electrolytes achieve a 98.3% Coulombic efficiency in Na||Cu batteries, while the Na||NaFe1/3Ni1/3Mn1/3O2 battery retains 86.4% capacity after 750 cycles at 1C. Additionally, the Na||Na3V2(PO4)3 battery achieves an exceptional average Coulombic efficiency of 99.97% at 1C, with a capacity retention of 95.4% after 517 days. This study provides a framework for enhancing efficiency and longevity in SMBs that can be applied to other battery systems.
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