一种提高高压钠离子电池稳定性的新型电解质

未来几年，钠离子电池 (NIB) 可能成为当前储能系统的绝佳替代品。尽管具有钠含量丰富和潜在的较长循环寿命等优点，但这些钠基电池通常不如锂基电池稳定，因为固体电解质界面 (SEI) 是一种钝化层，可形成重复电池操作循环后在电极表面上。

过去的研究表明，在具有高压阴极的 NIB 中，SEI 的溶解速度比锂离子电池(LIB) 中的更快。这会导致一系列副反应，以及电解质的快速耗尽和不可逆的容量损失，从而显着降低 NIB 的稳定性和性能。

太平洋西北国家实验室的研究人员最近开发了一种新的电解质，它降低了 SEI 在 NIBs 电池阳极上的溶剂化能力，同时还形成了保护阴极的稳定保护层。在Nature Energy上发表的一篇论文中介绍了这种电解质，可以开发出既稳定又可靠的高压钠离子电池。

“我们最近的论文是关于一种新型电解质，它可以稳定高压(4.2V)钠离子电池中的阳极并延长其循环寿命，”进行这项研究的研究人员之一张继光告诉 TechXplore。“现有的电解质在超过 4V 时通常会导致循环寿命短。我们工作的主要目标是让钠离子电池在更高的电压下运行并提高其能量密度。”

为了使NIB随着时间的推移保持其稳定性，其内部的阳极(即电池中的负电荷电极)需要一个保护层，称为SEI，具有较长的生命周期。如果这一层在电池运行时溶解，如过去的研究中所观察到的那样，电池的性能将急剧下降。为了克服先前开发的 NIB 的局限性，Zhang 和他的同事因此着手设计一种新的电解质，以延长 SEI 的生命周期。

“我们的新电解质抑制了阳极保护层的溶解，”张解释说。“电解液由更稳定的盐(双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI))和介电常数较低的溶剂制成。与传统的电解液形成保护层不同，这种保护层富含有机成分且易于溶解，新的电解质导致形成富含无机成分的保护层，因此在循环和储存过程中更加稳定。”

研究人员在 HC||NaNMC 全电池中测试了他们的电解质，发现它取得了显着的效果。具体来说，当充电至 4.2 V 时，该电池在 300 次循环后可以保持超过 90% 的容量。这些发现表明，电解质可能能够生产更稳定、性能更好的钠基储能解决方案。

“我们成功地降低了阳极保护层的溶解性，从而使高压钠离子电池能够长期运行，”张补充道。“在我们接下来的研究中，我们计划进一步提高钠基电池的工作电压并提高其循环寿命。”