重新审视低温钠金属半电池

作     者：黄嘉琦 熊杰明 谭恩忠 孙心语 程李巍 王华 HUANG Jiaqi;XIONG Jieming;TAN Enzhong;SUN Xinyu;CHENG Liwei;WANG Hua

作者机构：北京石油化工学院新材料与化工学院北京102617 北京石油化工学院致远学院北京102617 北京航空航天大学化学学院北京100191 

出 版 物：《储能科学与技术》 (Energy Storage Science and Technology)

年 卷 期：2024年第13卷第7期

页      面：2151-2160页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12374284) 

主　　题：钠金属 钠电池 低温 电化学 半电池 

摘      要：以钠金属为对电极的纽扣半电池通常被用来评价钠离子电池电极材料的电化学性能。本工作揭示了在低温环境下,钠金属半电池在商业化酯类电解液中用于评价电极材料电化学性能存在局限性,这是因为钠金属电极在低温下具有高界面和电荷转移电阻导致了大的Na+的沉积/剥离过电势,干扰了半电池对电极材料低温电化学性能的评价。Na||硬碳(HC)半电池在-20℃以0.2C (1C=300 m A/g)的倍率充放电时,钠金属电极的电位变化高达0.94 V,HC电极材料仅表现出21.1 m Ah/g比容量,存在对HC低温电化学性能不准确评价的可能性。针对此,本文提出了一种可以取代钠金属的Na15Sn4@Na复合电极用于钠离子电池电极材料的低温电化学性能评价。研究表明,Na15Sn4@Na电极有着与钠金属相同的电极电位。在-20℃的低温工况下,Na15Sn4@Na||Na15Sn4@Na对电池在0.1 m A/cm^(2)电流密度下的沉积/剥离过电势仅为0.09 V,远远小于钠金属电极0.96 V的沉积/剥离过电势。使用HC作为研究对象,所制备的Na15Sn4@Na||HC半电池在-20℃下,在HC析钠前,展现出高达100.8 m Ah/g的比容量,远高于以钠金属为对电极的半电池所展示的比容量(21.1 m Ah/g),说明基于Na15Sn4@Na对电极的半电池更能准确地表征材料本征的低温电化学性能。该工作为钠离子电池电极材料低温电化学性能的准确评价提供了实验依据。