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​范红金AFM：内外协同工程提升聚合物钠电池的循环性能

秋白 电池未来 2023-03-26
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聚合物钠电池的发展需要具有稳定界面的正极材料，以避免循环过程中不良的界面接触和界面的副反应。
图1. 材料表征
新加坡南洋理工大学范红金等基于Na0.67Mn2/3Fe1/3O2（NMFO）正极和电解质添加剂之间的强相互作用，实现了共同工程效应，改善了聚合物固态钠离子电池(PSSBs)的界面稳定性。Fe在NMFO中的加入对其内部（结构稳定性）和外部（电极-电解质界面稳定性）的性能都有影响。
具体来说，Fe的取代扩大了晶格，从而有利于Na+离子以较低的扩散屏障插进晶格，从而加速了电化学反应的动力学。
同时，Fe取代后，Mn-O键的长度缩短，Mn的氧化态增加，这减轻了Mn3+的Jahn-Taylor效应，提高了结构稳定性。此外，由于Fe取代导致的载流子数量和电子传导性的增强，也应该有助于容量和倍率性能的提高。
图2. Fe的取代对电子/离子传输和晶体结构的影响
在界面上，增强的结合能诱发了NMFO和硼酸三（三甲基硅烷）(TMSB)之间的电荷转移。TMSB的分解产物牢固地粘附在NMFO表面，形成致密的CEI膜。
由于这些促进作用，组装后的NMFO//T-SPE//Na PSSBs在1C的800次循环后表现出75.4%的容量保持率，甚至在5C时也有66.1 mAh g-1的高容量。
这种共同工程效应（即内部和表面改性）可能提供一种通用方法来改善PSSBs中其它正极材料的性能。
图3. 界面分析及循环性能
Internal and External Co-Engineering of Stable Cathode Interface Improves Cycle Performance of Polymer Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214904
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