全固态碱金属电池被认为是“圣杯”式的高能量密度储能技术。负极和固态电解质之间牢固的物理接触对于其稳定的循环至关重要。然而，Na⁺在金属Na中缓慢的扩散动力学导致在脱Na过程中失去物理接触，并促进Na的快速渗透。

近日，新加坡国立大学吕力教授，曾开阳教授报道了采用物理混合法制备了一种Na-Na₁₅Sn₄复合负极。

文章要点

1）由于Na在Na₁₅Sn₄表面具有较好的润湿性，复合负极在Na₃Zr₂Si₂PO₁₂表面表现出良好的润湿性。这导致了约为6.5-10.5 Ω cm²的极低的界面电阻，同时没有较大的机械压缩。更重要的是，Na基体中Na₁₅Sn₄的存在促进了Na⁺离子在复合负极中的扩散，从而改善了扩散动力学。

2）实验结果显示，当Na：Sn重量比为5：1时，复合负极中会有较大量的Na被耗尽，同时电极和电解质之间的物理接触的完整性保持不变。在扩散系数较大的情况下，对称的Na₅Sn-Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂（NZSP）具有较高的临界剥离电流密度，可达2.5 mA cm⁻²。此外，坚固的Na₅Sn-NZSP界面分别在0.3和0.5 mA cm⁻²下反复无故障进行300和500次循环。

3）根据operando 恒电位电化学阻抗谱（PEIS），研究人员提出了一个解析的Na扩散模型来阐明负极中的空位扩散机制和气孔形成。

这项工作强调了在全固态电池中需要一个具有高扩散动力学的电极来实现坚固的界面。

参考文献

Jin An Sam Oh, et al, A Robust Solid–Solid Interface Using Sodium–Tin Alloy Modified Metallic Sodium Anode Paving Way for  All-Solid-State Battery, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101228

https://doi.org/10.1002/aenm.202101228