中國粉體網訊

【論文鏈接】

https://doi.org/10.1002/aenm.202300776

【作者單位】

加州大學圣地亞哥分校

【論文摘要】

全固態鈉離子電池(AS3iBs)因其在寬溫度范圍內的安全性和穩定性而受到固定式儲能系統的高度追捧。硬碳(HC)具有低成本、低氧化還原電位和高容量的特點，是實現實用的大規模鈉離子電池必不可少的材料。然而，使用這種負極材料的電池的能量密度受到其低初始庫侖效率(ICE)的阻礙。本工作探討了兩種策略，即i)額外熱解和ii)NaBH4熱分解預沉淀，以提高原始HC的ICE。

1、拉曼光譜、X射線光電子能譜和電化學表征表明，熱處理增加了HC結構中Csp2的含量，而預沉淀提供了鈉占據本征不可逆位點。

2、因此，與半電池結構的熱處理HC(90%)或原始HC(83%)相比，預處理HC表現出出色的ICE(>99%)。

3、更重要的是，以預沉淀HC和NaCrO2分別作為陽極和陰極的AS3iBs材料，其ICE高達92%，初始放電能量密度為294Whkg-1。

【實驗方法】

NBH的合成：將化學計量量的Na2B10H10和Na2B12H12以500rpm的轉速球磨2小時。然后在175°C的真空下干燥48小時。由于其吸水性，所有操作都在含水1.0ppm的手套箱中進行。

硬炭制備：為了研究熱解效果，將HC在1000℃下熱處理2h，形成HCT。用研缽和杵將NaBH4和HC按比例混合合成HCP。然后在密封石英安瓿中真空650℃熱處理3h。根據初始循環的容量損失計算HC中加入NaBH4的量。

【圖文摘取】

【主要結論】

這項研究表明，HC是AS3iBs中很有前途的陽極候選者。然而，即使與電化學穩定的固態電解質配對，HC中固有的不可逆鈉損失也會導致低ICE。

1、本研究探討了兩種改善ICE的策略:在1000°C下額外熱解和NaBH4熱分解預沉淀。對硬碳進行熱處理可以有效地提高石墨化率和Csp2:Csp3比。

2、NaBH4的熱分解在HC顆粒表面產生金屬鈉，這被證明是補償固有的不可逆鈉儲存位點所必需的。因此，熱處理后的HC將ICE從83%提高到90%，而預處理后的HC達到了99%。

3、此外，在0.5mAcm-2下循環600次后，半電池的容量衰減最小。更值得注意的是，分別以HC和NCO為陽極和陰極的AS3iBs在室溫下的可逆放電容量為108mAhg-1,ICE高達92±2.2%，顯著高于HC(75%)和HCT(82%)。

這項工作表明了通過利用HC實現實用的AS3iBs鈉的重大進展。

（中國粉體網編輯整理/文正）

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！