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孟穎Nature Energy：無負(fù)極固態(tài)電池的設(shè)計原則！

無負(fù)極電池具有重量輕、體積小和成本低的優(yōu)點，是最佳的電池結(jié)構(gòu)。然而，不穩(wěn)定的負(fù)極形態(tài)變化和負(fù)極-液體電解質(zhì)界面反應(yīng)限制了它們的應(yīng)用。

在此，加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎、Jihyun Jang等人展示了電化學(xué)穩(wěn)定的固體電解質(zhì)和堆疊壓力的應(yīng)用，即可以通過沉積致密的金屬鈉來解決其界面不穩(wěn)定性問題。此外，作者還發(fā)現(xiàn)鋁制集流體能與固體電解質(zhì)實現(xiàn)緊密的固-固接觸，從而實現(xiàn)高面積容量和高電流密度下的高度可逆鈉沉積和剝離。作者還展示了一種無鈉負(fù)極的全固態(tài)全電池，具有數(shù)百次穩(wěn)定循環(huán)。該種電池架構(gòu)可實現(xiàn)低成本、高能量密度和快充電池，為其他電池化學(xué)提供了未來發(fā)展方向。

圖1. 鋁顆粒與鋁箔的比較

總之，該工作成功實現(xiàn)了無負(fù)極鈉全固態(tài)電池的穩(wěn)定循環(huán)且有望顯著提高電池的能量密度。即通過使用顆粒化的鋁集流體與硼氫化物基固態(tài)電解質(zhì)相結(jié)合，得益于電化學(xué)穩(wěn)定且致密的固態(tài)電解質(zhì)以及10MPa堆壓力的應(yīng)用，實現(xiàn)了高達(dá)7mAh/cm-2（62μm鈉）的可逆循環(huán)。使用低成本的NaCrO₂作為正極，展示了無負(fù)極鈉全固態(tài)全電池能夠進(jìn)行數(shù)百次循環(huán)。

因此，該項工作闡明了無負(fù)極固態(tài)電池設(shè)計的四個關(guān)鍵因素，為未來高能量全固態(tài)電池的發(fā)展提供了指導(dǎo)。此外，該項工作可以指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)和實施其他無陽極電池化學(xué)，并作為鈉可以與傳統(tǒng)鋰離子電池競爭并補(bǔ)充的示例。

圖2. 無負(fù)極鈉全固態(tài)全電池循環(huán)

Design principles for enabling an anode-free sodium all-solid-state battery, Nature?Energy 2024 DOI: 10.1038/s41560-024-01569-9

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