我院刘慰研究员、陈云贵教授发表Energy & Environmental Science (EES)封面论文:
Lithium-Activated SnS-Graphene Alternating Nanolayers Enable Dendrite-Free Cycling of Thin Sodium Metal Anodes in Carbonate Electrolyte
【背景】
钠金属电池（SMBs）是一个新兴的电化学储能研究方向，其能量较常规室温钠离子电池（SIBs）高出约50%。但Na金属负极反应活性过高、易生成枝晶，导致库伦效率低、内部短路乃至电池失效。这一点在碳酸酯系有机电解质中尤甚，而碳酸酯电解液是>4V高电压正极的首选。促进钠金属均匀沉积、保护电极界面并抑制枝晶形成，是实现钠金属反复充放电循环的首要条件，但在精准构筑电极表界面并调变循环过程中的离子传输、电荷转移及化学/力学稳定性方面研究者们仍面临巨大的挑战。
【研究简介】
近期，我院刘慰、陈云贵教授等与美国UT Austin团队合作，报道发现了一种二维纳米复合膜（A-SnS-G），可作为钠金属的人工保护界面而实现100 μm Na金属箔的可逆循环。作者通过诱导硫化锡(SnS)-石墨烯(G)两种二维纳米片“交替层叠”在聚丙烯（PP）隔膜表面形成一层SnS-G二维异质复合薄膜，并对其进行“锂活化（Li-activation）”处理得到A-SnS-G薄膜。研究发现，该A-SnS-G薄膜在钠金属循环过程中可原位转移到Na金属表面，形成一个稳固的界面修饰保护层。由A-SnS-G保护的对称Na金属电池在碳酸酯电解液（EC:DEC = 1:1，5% FEC）中实现了可逆沉积-电解循环。在4 mA cm-2下循环500次后，可获得1000 mAh cm-2的累积容量，累积循环容量与箔片容量（A/F）之比可达90.9。
研究表明，A-SnS-G的独特二维异质堆叠结构及其Li基SEI组分（ROCO2-Li、Li2CO3和LiF），可保持钠金属界面稳定并强化离子迁移，对钠金属膨胀、枝晶生长和死金属钠（“dead Na”）的形成等具有显著的抑制作用。研究同时构建了高质量负载（6 mg cm-2）高电压磷酸钒钠正极||A-SnS-G保护膜||钠金属负极的全电池，并在0.4 C倍率下循环测试400次，表现出在较大充放电深度和累积循环容量条件下的良好性能。
该成果发表在知名刊物EES上，并被编辑选为当期的封面论文（front cover）。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D0EE02423F
（Energy & Environmental Science, 2021,14, 382-395.）
相关工作受到国家自然科学基金、成都市国际合作项目和中国博士后基金的资助。论文发表后，获网易、材料科学站等学术媒体转载报道：
https://www.163.com/dy/article/FVG3TFA405119OAR.html
https://mp.weixin.qq.com/s/Mm-1xIOIL66WiIjAtC0zZQ
