AFM：高度稳定的全固态Na-O2/H2O型电池

艾玉

2022-07-21

金属-空气电池是以电极电位较负的金属作负极，以空气中的氧或纯氧作正极的新型电池，金属空气电池具有比能量高，价格便宜，性能稳定等特点，被视为下一代储能技术的有力备选之一。其中，全固态可充电Na-O2电池因其理论能量密度高，安全性，电化学稳定性和丰富的钠资源而引起了研究人员极大的兴趣。然而，Na-O2电池反应中产生的不溶性放电产物很容易堵塞多孔阴极，从而减缓ORR动力学过程（即放电过程中的高过电位）。此外，Na-O2电池的放电产物具有高度氧化性，极易与电池组分（即电解质和电极材料）发生反应，导致形成副产物的生成。这种复杂的放电产物限制了氧气阴极的有效性，因此需要设计一个可以精细控制放电产物并在充电时有效地去除副产物的阴极。

近日，上海微系统与信息技术研究所的刘志团队设计了一种独特的银聚合物复合阴极，基于此构建的可充电的全固态Na-O2/H2O型电池可在一定湿度的氧气环境下催化和精确控制放电产物。

本文要点：

1）该工作采用银纳米粉体、乙酸正丁酯、1-甲氧基-2-丙醇醋酸酯和丙烯酸树脂构建了一种全新的银聚合物复合阴极(SPC)，使用原位拉曼，DEMS，XRD以及EDS等对电极进行表征，发现银纳米粉体催化剂可以有效降低NaOH分解的反应势垒，使得电池可以维持低过电位进行循环，显著的提升了全固态Na-O2/H2O型电池的循环稳定性（100次循环后，容量保持率>97%）和能量密度(20 mA/g)。

2）该工作还研究了空气中的相对湿度（Rh）对于电池反应中放电产物和水合状态的影响，从而通过调节Rh来控制充电动力学和电池性能，其方法的有效性还可扩展到其他金属空气电池等储能系统。

Chenggong Jiang，et al，A Highly Stable All-Solid-State Na–O2/H2O Battery with Low Overpotential Based on Sodium Hydroxide，advanced functional materials，2022

DOI：10.1002/adfm.202202518

https://doi.org/10.1002/adfm.202202518