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昆明理工大学梁风教授、德国伊尔梅瑙工业大学雷勇教授，CEJ: 金属钠阳极SEI研究进展

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2023-10-07

导读：昆明理工大学梁风教授、德国伊尔梅瑙工业大学雷勇教授，Chemical Engineering Journal: 金属钠阳极SEI研究进展

文章信息

金属钠阳极固体电解质界面相研究进展

第一作者：侯敏杰，周英杰

通讯作者：梁风*，张达*，雷勇*

单位：昆明理工大学，德国伊尔梅瑙工业大学

研究背景

在金属钠电极剥离/电镀过程中，自然形成的固体电解质界面相（SEI）反复破坏/重建，导致钠枝晶生长、SEI积累和电解质耗尽。钠金属电池的库仑效率、能量密度、循环寿命、倍率性能、自放电、安全性等各项性能指标仍然受到不稳定SEI的限制，通过设计理想的SEI来调控界面是提高钠金属电池性能的核心技术，作为界面化学基体的电解质对SEI的电化学性能起着决定性作用。

目前，应用于钠金属电池的最先进和新兴的电解质包括非水液体电解质和固体电解质。Na+在非水液体电解质中以溶剂化离子的形式传输，溶剂化结构与电化学反应之间的内在关系决定了SEI的演化。具有良好力学性能和高热稳定性的固体电解质并未达到预期的界面化学/电化学稳定性，相关的还原机制和SEI特性尚不清楚。此外，随着碱金属电池的快速发展，SEI层的可控设计已经实现，然而其长期有效性尚不明确。因此，有必要系统讨论不同电解质体系对SEI的组成、结构和厚度的影响，并梳理SEI调控策略，为下一步工作提供研究方向。

文章简介

本文基于非水液体电解质和固体电解质的SEI形成机理，讨论了SEI特性与挑战。从液体电解质的离子溶剂化结构、固体电解质的骨架原子还原电位、电子结构和分子弛豫等方面介绍了还原产物的形成过程。总结了金属钠阳极表面SEI的稳定性、相容性和离子输运挑战，确定了枝晶生长、化学/电化学稳定性、化学成分、溶解/剥离等因素对SEI的影响。从电解质工程、界面工程和电极工程角度梳理了液态和固态钠金属电池界面SEI调控策略的最新进展。最后，展望了长效钠金属电池界面设计的挑战和有前途的解决方案。

本文要点

1. 全面总结了SEI的挑战和设计要素。

2. 系统论述了SEI的形成机理、特征和失效机制。

3. 讨论了SEI调控策略的最新进展。

4. 展望了长效钠金属电池界面设计的机遇和研究方向。

图1. SEI面临的挑战及其影响因素。

文章链接

Research progress of solid electrolyte interphase for sodium metal anodes

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146227

通讯作者简介

梁风教授简介：昆明理工大学教授，博士生导师，国家高层次人才计划青年人才入选者，冶金与能源工程学院副院长，日本九州大学客座教授，中国科学院深圳先进技术研究院客座研究员，2014年博士毕业于日本东京工业大学。从事高能量密度电池及材料、等离子体制备与改性能源材料、碳基新材料等方面的研究。以第一/通讯作者在Nat. Commun.，Adv. Energy Mater., Mater. Today, Adv. Funct. Mater.等学术期刊上发表论文80余篇；主持国家自然科学基金、科技部重点研发计划子课题、国防科技173计划项目、云南省重点基金等科研项目16项。

张达讲师简介：昆明理工大学讲师，博士毕业于昆明理工大学。从事等离子体冶金、材料制备与改性等方面的研究。以第一/通讯作者在Adv. Energy Mater., Carbon，J. Power Sources, Ceram. Int.等国内外重要学术期刊上收录论文20余篇；申请专利30余件，其中授权专利10件；主持国家自然科学基金委员会青年科学基金项目、云南省科技厅青年科学基金项目、云南省教育厅科学研究基金项目。

雷勇教授简介：德国伊尔梅瑙工业大学教授，应用纳米物理研究团队负责人。2001年在中国科学院获得博士学位。2001-03年在新加坡－麻省理工学院联盟进行博士后研究。2003年作为洪堡学者在德国卡尔斯鲁厄理工大学工作，2006-09年在德国明斯特大学担任研究团队负责人。2011年至今在德国伊尔梅瑙工业大学担任终身教授。主要专注于功能纳米结构在能源存储和转换中的研究，在有序纳米结构、钾离子和钠离子电池等领域享有研究盛誉。目前已发表SCI论文292篇，包括8篇Nature子刊，影响因子大于20的论文31篇，因子9-20的121篇，引用超过2万次（H-index 76）。雷勇教授作为项目负责人获得了2项欧洲研究理事会（ERC）重大研究项目、以及德国联邦教育与研究部（BMBF）和德国研究基金会（DFG）等多项研究项目（共超过750万欧元）。目前担任多个国际刊物的编委会成员：Advanced Energy Materials（因子27.8）编委；Energy & Environmental Materials（因子15.0）副主编；Science China Materials（因子8.1）编委；InfoMat（因子22.7）编委；Carbon Energy（因子20.5）编委；Journal of Semiconductors（因子5.1）副主编。