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?復旦ACS Energy Letters：不可燃Na4B36H34基硼氫化物電解質|高壓全固態鈉電池

由于商用有機電解質具有揮發性和易燃性的特征，高壓高能量密度情況下極易引發一系列安全問題。而固態電解質因其固有的高安全性和良好的熱穩定性，而且對金屬鈉負極穩定的特征，因此在追求下一代高能量密度、高安全性儲能系統的過程中，固態鈉金屬電池引起了工業界和學術界的廣泛關注。

在此，復旦大學郭艷輝團隊開發了一種不可燃混合硼氫化物Na₄B₃₆H₃₄電解質，其電化學穩定性窗口 (ESW) 高達 6.9 V。研究表明，擴大的Na⁺擴散路徑和 [B₃₆H₃₄]^4– 的快速動力學有助于Na₄B₃₆H₃₄ 中 Na⁺ 的快速傳導。此外，混合陰離子Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂ SE表現出高離子電導率（1.02 × 10^–3 S cm^–1）、寬ESW（5.5 V）、高Na⁺遷移數（0.97）、低電子電導率、低密度（1.1709 g cm^–3）)、良好的壓縮性、良好的機械強度、不可燃性和溶解性。?

結果顯示，Na/Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂/Na對稱電池在0.1 mA cm^–2下可穩定循環200小時以上。并且，以Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂為SE，作者還制備了具有良好循環穩定性的4.5 V高壓Na₃V₂(PO₄)₂O₂F/Na電池。

圖1. 電化學性能

總之，該工作成功合成了Na₄B₃₆H₃₄的硼氫化物SE。研究表明，較大的 [B₃₆H₃₄]^4– 聚陰離子將有助于改善 Na 離子傳導，并且與其單體形式的 [B₁₂H₁₂]^2– 相比，電化學穩定性更高。?

此外，優化后的Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂ SE表現出良好的電化學性能及機械性能。采用Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂ SE的對稱電池在25°C下可以實現高達0.9 mA cm^-2的高臨界電流密度，并且在0.1 mA cm^-2下具有超過200小時的良好循環穩定性。此外，4.5 V高壓全固態Na₃V₂(PO₄)₂O₂F/Na₄B₃₆H₃₄-7Na₂B₁₂H₁₂/Na電池表現出優異的長循環性能，在0.1 C下循環100次后放電容量保持率為85.8%。因此，Na₄B₃₆H₃₄的發現可以突破硼氫化物SE系統的界限，為高能、安全的固態電池的實際應用發展鋪平道路。

圖2. 電池性能

A Practical Nonflammable Na₄B₃₆H₃₄-Based Hydroborate Electrolyte for High-Voltage All-Solid-State Sodium Batteries, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00112

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