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寧波大學EnSM: 混合離子對稱電池的離子競爭和限制枝晶生長模型

寧波大學EnSM: 混合離子對稱電池的離子競爭和限制枝晶生長模型
由于固體堿金屬成核和生長特性的固有限制,很難完全實現無枝晶生長。液態電極提供了一種消除枝晶的新方法,鈉鉀合金(NaK,室溫下為液態)電極是下一代堿金屬電極的有希望的選擇。NaK對稱電池測試是NaK電極的重要檢測方法。確認其合適的應用條件至關重要,包括活性離子(Na+或K+)的識別和無枝晶特性的限制。
寧波大學EnSM: 混合離子對稱電池的離子競爭和限制枝晶生長模型
在此,寧波大學章理遠副教授、舒杰教授等人通過電子分布、電子引力和吉布斯自由能分析離子優先級,得出理論結論:K+傾向于溶解在負極上,而Na+傾向于沉積在正極上,表明NaK對稱電池的活性離子是K+。此外,作者模擬了活性離子,并得到了大部分 K+在正極和負極之間穿梭的概念。

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圖1. K//K、Na//Na和NaK//NaK對稱電池的充放電曲線
作者還檢測到NaK電極無枝晶特性的上限:不同的電解質環境也會影響混合離子電池中離子的動態行為,因為鈉電解質會與含鉀電極反應并在電極表面形成枝晶;如果合金化速度慢于電鍍,則可形成枝晶。
換句話說,NaK對稱電池僅適用于基于K+的儲能系統,NaK電極的無枝晶特性在某些極端條件下會失效。總體而言,該發現為NaK電極的應用提供了實驗依據和理論指導。

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圖2. 合金化反應示意圖與電鍍速度的比較
Ion Competition and Limiting Dendrite Growth Models of Hybrid-ion Symmetric Cell, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.035

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