郑时有教授、John Wang教授AEM：氢化物固体电解质在钠电中的新突破

第一作者：庞越鹏，张德沛

通讯作者：郑时有*，John Wang*

单位：上海理工大学，新加坡国立大学

氢化物基固体电解质是一类新兴的固体电解质体系，在全固态锂电池、钠电池、镁电池中都有较大的竞争力。其中，氢化物基固体电解质在钠电池中的潜力尤为突出，如Na₂B₁₂H₁₂、Na₂B₁₀H₁₀及其碳取代衍生物，最高在室温下可达到70 mS cm^-1的离子电导率。但是，氢化物基固体电解质与电极界面的稳定性仍无法满足实用需求，如何高效实现氢化物基固态电解质的稳定化意义重大。

近日，来自上海理工大学的郑时有教授与新加坡国立大学的John Wang教授合作，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Stable all-solid-state Na batteries enabled by in-situ formed Na-B-H-F electrolyte”的论文，提出通过氢化物与NaHF₂之间的化学反应在氢化物固体电解质中原位引入氟元素，形成了NaF和氟代氢化物。富氟的氢化物基固体电解质拥有更高的电化学稳定性，能够显著提升全固态电池的循环稳定性。

以Na₂B₁₂H₁₂为例，其与NaHF₂的反应为吸热反应，根据反应配比的不同，会生成NaF、氢气和一系列Na₂B₁₂H₁₂-xFx化合物。当Na₂B₁₂H₁₂和NaHF₂比例为1：1时，XRD、FTIR、XPS、SAED、TEM和定量的氢气和氟离子表征证明原位生成了NaF纳米颗粒和非晶Na₂B₁₂H₁₁F。该氟化策略也可推广至其他氢化物固体电解质。

由于Na₂B₁₂H₁₁F中氟的存在破坏了阴离子正二十面体的对称性，该固体电解质的电导率在室温下为0.2 mS cm^-1，相较于球磨改性后的Na₂B₁₂H₁₂略微下降。但是，该电解质展现出优异的电极界面稳定性（钠对称电池1000小时稳定循环，Na₃V₂(PO₄)₃准对称电池高库仑效率和低界面阻抗）。NaF本身性质良好，Na₂B₁₂H₁₁F会在电极界面处分解为高含氟SEI，共同起到阻止进一步副反应和快速离子传导的双重作用，使氟化电解质的界面稳定性大增。

组装成了全固态电池在100圈循环后仍保持97.4 mAh g^-1的正极比容量，对应87.7%的容量保持率。倍率测试中，在0.5 C的电流密度下可以达到100.4mAh g^-1的正极比容量。

Stable all-solid-state Na batteries enabled by in-situ formed Na-B-H-F electrolyte

郑时有，上海理工大学教授、博士生导师，入选百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家、上海领军人才、上海市优秀学术带头、东方学者特聘教授，享受国务院政府特殊津贴。先后于四川大学、浙江大学和复旦大学获得学位，曾先后赴美国国家标准与技术研究所和马里兰大学A. James Clark工学院开展科研工作。主要开展新能源材料相关的基础与应用研究，包括锂/钠离子电池等二次电池、固态电池、制氢与储氢、“碳”化学转化与利用等关键材料和技术的研究与开发。承担了国家和省部级等研究课题近20项；迄今在Nat. Commun.、Mater. Today和Adv. Energy Mater.等国内外学术期刊发表论文100多篇，申请国家和国际PCT专利30余项，授权中国发明专利10余项及美国和日本专利各2项，相关成果获上海市自然科学奖一等奖（2/5，2018）和二等奖（1/5，2022）。

John Wang，新加坡国立大学材料科学与工程系教授/博导，新加坡科学院院士，新加坡工程院院士，亚太材料学会院士，英国材料学会会士。主要从事新型功能陶瓷、电陶瓷和复合材料的研究，近年来主要致力于能源材料与器件、材料化学和纳米材料及其在能源和水处理方面的应用研究。已发表学术论文500余篇，累计被引用3万余次（Google Scholar），H因子94。入选科睿唯安（Clarivate Analytics）全球高被引科学家榜单”（2020年和2021年）。

庞越鹏，上海理工大学教授，博士生导师。2014年博士毕业于浙江大学，随后在上海大学开展博士后研究，2016年入职上海理工大学，2023年起赴新加坡国立大学进行访问学习。主要从事氢化物基新能源材料的研究，主持国家自然科学基金委面上项目等共3项，上海市青年科技启明星项目等2项，以第一或通讯作者发表论文近30篇，包括Nat. Commun., Adv. Energy Mater., Adv Functional Mater.等。

张德沛，上海理工大学硕士研究生。2020年本科毕业于沈阳工业大学，同年考入上海理工大学攻读硕士学位，主要研究方向为硼氢化钠基固体电解质材料。

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