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鈉金屬電池（SMBs）具有成本低，理論容量高（~1160 mAh g^?1），氧化還原電位低（?2.71V vs H⁺/H₂）和能量密度高等優點。然而，高活性的鈉金屬負極會與有機液態電解液持續發生不可逆的界面副反應且誘發不可控的枝晶生長，最終引發電池內短路，導致熱失控、起火甚至爆炸等一系列安全問題。

在此，天津工業大學馬建民團隊使用乙氧基（五氟）環三膦氮（PFPN）作為電解液添加劑設計了一種自凈化高壓電解質。研究表明，PFPN可以通過更強的范德華力參與PF₆^–溶劑化的殼層結構進而形成富含Na₃N、NaF固體/正極電解質界面（SEI/CEI）。

此外，PFPN 還能有效清除燃燒自由基（H^– 和 HO^–），并通過范德華力抑制 HF 的生成。基于此，采用該種阻燃電解質的 Na||NVPOF 電池不僅循環壽命長，2000 次循環后容量保持率高達 92.4%，而且快充/慢放和高倍率性能也極為突出。

圖1. 阻燃實驗

總之，該工作通過電解質添加劑工程成功地制備了一種阻燃、自凈、高壓電解質，其可實現SMB的高安全性及長循環性能。具體而言，PFPN可參與PF₆^–的溶解層，并具有較低的LUMO能級，從而形成含有 Na₃N/NaF 的 SEI/CEI。此外，當 PFPN 作為添加劑時，范德華力對清除燃燒自由基（H^–、HO^–）和 PF₅ 極其重要。因此，該電解質實現了阻燃和自清洗作用并建立了穩定的 SEI/CEI（電子絕緣和快速離子傳輸）。

圖2. 電池性能

Flame-Retardant, Self-Purging, High-Voltage Electrolyte for Safe and Long-Cycling Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202406764

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