科技日报记者 孙明源 韩荣
近日，北京航空航天大学化学学院王华教授团队在国际科学期刊《先进材料》发表研究成果，提出一种“电化学界面重构”策略，成功激活无负极钠电池中已经失去活性的“死钠”，突破了无负极钠电池循环寿命短的核心瓶颈，安时级电池实现了3800次稳定循环。
论文通讯作者王华介绍，无负极钠电池作为一种新型电池，它省去了传统电池中独立的负极材料，首次充电时钠离子直接在集流体表面沉积形成金属钠负极。
相比于主流的商业化磷酸铁锂电池，无负极钠电池在能量密度和成本两个维度均具有竞争力。在能量密度方面，由于其省去了负极材料，大幅提升了能量密度和空间利用率；在成本方面，钠资源储量丰富、分布广泛、易于获取，且其生产制造可兼容现有成熟的锂电产线，并省去了负极匀浆与涂布工艺，在原材料和制造成本两方面均有下降。因此，无负极钠电池被视为下一代储能技术的可能选项之一。
然而，相比于磷酸铁锂电池可轻松实现数千次稳定循环，具有实际化应用前景的安时级无负极钠电池至今难以跨越千圈门槛。循环寿命不足，成为阻碍无负极钠电池从实验室走向市场的最大障碍之一。
瓶颈何在？症结在于“死钠”。
在反复充放电的过程中，部分沉积的钠逐渐失去与集流体的电接触，并被一层钝化的固体电解质界面层（SEI）紧紧包裹，最终失去电化学活性，成为无法参与电化学反应的“死钠”。随着循环推进，“死钠”持续积累，电池中本就有限的钠储备被不断蚕食，容量随之断崖式下跌。此前，各国科研人员主要通过优化集流体、设计新型电解液等方式抑制“死钠”，但在长循环过程中仍难以避免产生“死钠”。
与其被动防守，不如主动出击——王华团队决定换一条路：让已经“死去”的钠重新“活过来”。
“我们的思路是，既然‘死钠’是被一层钝化的界面层包裹而失去活性，那我们就通过电化学手段把这层外壳溶解掉，再把‘死钠’剥离出来。”王华说。
研究团队设计了一种名为“电化学界面重构”的过放电方法——将电池周期性放电至较低电压并恒压保持一段时间。这一过程可以选择性溶解包裹“死钠”的钝化界面层，让被封存的钠重新暴露出来并被剥离，从而实现容量恢复。与此同时，这一过程还在集流体表面重新构筑了一层更薄、更均匀、富含氟化钠的SEI，为后续的稳定循环打下基础。定量分析表明，经过长期循环后，采用该策略的电池中“死钠”的累积量大幅减少，而对照组则显著增多。
“通俗地说，这项技术相当于给电池装了一个定期治疗的程序。”论文共同第一作者王寒和黄嘉琦解读说，“每过一段时间，我们就给电池做一次‘界面重建手术’，把积累的‘死钠’清理掉，同时修复SEI，让电池满血复活继续工作。”
王华表示，该策略在多种钠电池电解液体系和多种正极材料中均验证有效，这一思路不仅适用于钠电池，也有望推广至其他电池体系。
网友评论
