電子發(fā)燒友網(wǎng)站綜合報道
在可再生能源大規(guī)模普及的背景下，儲能技術(shù)成為保障能源供給穩(wěn)定的關(guān)鍵支撐。全固態(tài)鈉電池憑借顯著的成本優(yōu)勢和高安全性，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，其中NASICON型固體電解質(zhì)因高鈉離子電導(dǎo)率和優(yōu)異熱穩(wěn)定性，成為全固態(tài)鈉電池的核心材料選擇。然而，固體電解質(zhì)與鈉金屬負(fù)極之間的高界面阻抗，以及充放電過程中鈉枝晶生長導(dǎo)致的短路風(fēng)險，長期制約著全固態(tài)鈉電池的實際產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

為破解這一技術(shù)瓶頸，研究者們探索了多種解決方案，而引入人工界面層被證實是降低界面阻抗、抑制鈉枝晶生長的有效路徑。孫華章、萬紅利、姚霞銀團(tuán)隊通過磁控濺射技術(shù)，在Na?.?Zr?.?Zn?.?Si?.?P?.?O??（NZZSPO）固體電解質(zhì)表面構(gòu)建了均勻致密的In?S?界面層。這一創(chuàng)新設(shè)計的核心優(yōu)勢在于，In?S?界面層能與鈉金屬負(fù)極原位反應(yīng)，形成Na-In合金/Na?S界面層，從根本上改善電解質(zhì)與負(fù)極的界面兼容性。

實驗數(shù)據(jù)顯示，In?S?界面層的引入帶來了顯著的性能優(yōu)化。NZZSPO固體電解質(zhì)的表面粗糙度從385nm降低至222nm，更光滑的表面增強(qiáng)了與鈉金屬的物理接觸，減少了局部電流集中。

熔融鈉潤濕性測試表明，未改性的NZZSPO電解質(zhì)表面，熔融鈉呈球狀，接觸角超過90°，而改性后的NZZSPO@In?S?電解質(zhì)表面，熔融鈉能夠均勻擴(kuò)散平鋪，親鈉性大幅提升。電化學(xué)阻抗測試進(jìn)一步證實，界面阻抗從2.0Ω顯著降至0.7Ω，循環(huán)100h后僅略微增加至1.1Ω，有效促進(jìn)了鈉離子的快速傳輸，減少了界面副反應(yīng)。

在關(guān)鍵的鈉枝晶抑制能力方面，改性后的電池表現(xiàn)尤為突出。60℃條件下，未改性的 Na|NZZSPO|Na對稱電池臨界電流密度僅為2.6mA/cm2，而采用1.0μm厚In?S?界面層的Na|In?S?@NZZSPO@In?S?|Na對稱電池，臨界電流密度提升至8.2mA/cm2，增幅達(dá)215%。

室溫環(huán)境下，臨界電流密度也從1.6mA/cm2提升至2.2mA/cm2，展現(xiàn)出寬溫度范圍的優(yōu)異性能。循環(huán)穩(wěn)定性測試中，60℃、5mA/cm2條件下，改性對稱電池可穩(wěn)定運行2000h，過電位僅從30mV略微增至33mV；即使在室溫、1.5mA/cm2條件下，也能實現(xiàn)1500h的穩(wěn)定循環(huán)，而未改性電池在3mA/cm2下僅55h就發(fā)生短路。

全固態(tài)電池的綜合電化學(xué)性能同樣實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。采用Na?V?(PO?)?（NVP）作為正極的NVP|NZZSPO@In?S?|Na全固態(tài)電池，0.1C倍率下初始放電比容量達(dá)108.6mAh/g，庫侖效率為95.4%，循環(huán)100次后容量保持率為94.8%。

即使在1C的高倍率下，循環(huán)1000次后容量保持率仍高達(dá)88.8%，遠(yuǎn)超未改性電池39.1%的容量保持率。倍率性能測試中，從0.1C到5C的寬倍率范圍內(nèi)，改性電池的放電比容量均顯著優(yōu)于未改性電池，當(dāng)倍率恢復(fù)至0.2C時，仍能展現(xiàn)94.7mAh/g的可逆放電比容量，體現(xiàn)出優(yōu)異的倍率適應(yīng)性。

這一技術(shù)突破的核心價值在于，通過簡單有效的界面層設(shè)計，同步解決了全固態(tài)鈉電池的界面阻抗和鈉枝晶兩大核心痛點。In?S?界面層與鈉金屬原位形成的Na-In/Na?S復(fù)合界面，既提升了界面潤濕性、降低了阻抗，又構(gòu)建了抑制鈉枝晶生長的物理屏障，為全固態(tài)鈉電池的性能優(yōu)化提供了全新思路。該研究不僅驗證了In?S?作為界面改性材料的巨大潛力，更為高性能全固態(tài)鈉電池的研發(fā)提供了可復(fù)制的技術(shù)路徑。