钠金属负极是实现钠金属电池高能量密度的理想选择。然而，不稳定的固体电解质中间相（SEI），不可控的枝晶生长以及循环过程中较低的库仑效率严重阻碍了钠金属负极的应用。

近日，中科大余彦教授，广东工业大学芮先宏教授报道了通过一种简单的红磷预处理方法，在Na和K金属负极表面引入一层具有高离子电导率和优异机械强度的非原位人工固体电解质界面（SEI）层。

文章要点

1）通过室温下在Na（K）金属表面反复研磨红P粉，在Na和K金属表面分别形成Na₃P层和K_xP_y层。值得注意的是，Na₃P具有11.0 kJ mol^-1的低能垒，0.12 ms cm^-1的高离子电导率和8.6 GPa的高杨氏模量。从而有效地促进Na⁺（K⁺）在电极界面的迁移，使离子通量更加均匀，无副反应。同时，Na₃P（K_xP_y）层的高杨氏模量提供了高的机械模量和表面能以抑制臭名昭著的枝晶生长。

2）实验结果显示，具有人工Na₃P（K_xP_y）SEI层的电池具有较低的电池阻抗和较高的循环性能。与纯钠金属对称电池相比，Na₃P@Na||Na₃P@Na在1.0 mA cm^-2、1.0 mAh cm^-2下的循环寿命从120 h提高到780 h。Na₃P@Na|Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）全电池的可逆容量和倍率容量在15 C（1 C = 117 mAh g^-1）下循环400次后分别达到89.3 mAh g^-1和30 C下的53.2 mAh g^-1。此外，在0.5 mA cm^-2，0.5 mAh cm^-2的条件下，改性的K_xP_y@K负极还可以获得无枝晶的形貌和长达550 h的循环寿命。

这种人工P衍生保护层策略也可以推广到高功率密度和高能量密度的固态碱金属电池。

参考文献

Pengcheng Shi, et al, Red Phosphorous-Derived Protective Layers with High Ionic Conductivity and Mechanical Strength on Dendrite-Free Sodium and Potassium Metal Anodes, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202003381

https://doi.org/10.1002/aenm.202003381