Toward a Stable Sodium Metal Anode in Carbonate Electrolyte: A Compact, Inorganic Alloy Interface

电解质 材料科学 化学工程 阳极 接口(物质) 金属 合金 碳酸钠 碳酸盐 电极 化学 复合材料 冶金 毛细管作用 物理化学 工程类 毛细管数
作者
Xueying Zheng,Haoyu Fu,Chenchen Hu,Hui Xu,Ying Huang,Jiayun Wen,Hua‐Bin Sun,Wei Luo,Yunhui Huang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (4): 707-714 被引量:166
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.8b03536
摘要

Development of the next-generation, high-energy-density, low-cost batteries will likely be fueled by sodium (Na) metal batteries because of their high capacity and the abundance of Na. However, their practical application is significantly plagued by the hyper-reactivity of Na metal, unstable solid electrolyte interphase (SEI), and dendritic Na growth, leading to continuous electrolyte decomposition, low Coulombic efficiency, large impedance, and safety concerns. Herein, we add a small amount of SnCl2 additive in a common carbonate electrolyte so that the spontaneous reaction between SnCl2 and Na metal enables in situ formation of a Na-Sn alloy layer and a compact NaCl-rich SEI. Benefitting from this design, rapid interfacial ion transfer is realized and direct exposure of Na metal to the electrolyte is prohibited, which jointly achieve a nondendritic deposition morphology and a markedly reduced voltage hysteresis in a Na/Na symmetric cell for over 500 h. The Na/SnCl2-added electrolyte/Na3V2(PO4)3 full cell exhibits high capacity retention over cycling and excellent rate capability (101 mAh/g at 10 C). This work can provide an easily scalable and cost-effective approach for developing high-performance Na-metal batteries.
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