钠钾合金在金属硫电池中的应用文献综述

 2021-10-28 20:47:06

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文 献 综 述选题背景:碱金属(例如Li,Na和K)由于重量轻,比容量大,氧化还原电势低,已被广泛用作充电二次电池的阳极(例如锂-硫电池,钠-金属卤化物电池,钾-氧电池和钾离子电池),用来优化并实现大能量密度和高工作电压的性能。

[1]常规的电池采用固态电极和液态电解质,这就使固体碱金属阳极的实际应用受到几个严重问题的阻碍。

一方面,碱金属非常活泼,容易与有机电解质发生反应,形成固体电解质界面(SEI)和产生大量的体积变化,这将消耗活性碱金属并减少库仑效率和容量。

另一方面,固体碱金属阳极在充电过程中会形成树枝状晶体,枝晶会在电解液中扩散到阴极,导致内部短路和爆炸危险。

[2] 研究现状:上述问题可以通过液态金属电池(LMB)解决。

与固态金属不同,液态金属由于具有流动性,可以彻底消除枝晶生长,并提供比固态金属更均匀的电极-电解质界面,这在带有固体电解质和熔融阳极的Na-S电池中已经得到证明。

[3]但是,尽管钠的熔点仅为97.8C,由于固体电解质的电导率低,要使Na-S电池的固体电解质保持良好的动力学或使碱金属电极保持熔融状态,需要高于300C的工作温度,较高的工作温度会带来热管理,腐蚀,安全性等问题。

因此,开发先进的室温液态碱金属阳极非常重要。

[4]单一碱金属在室温下为固态,但Na-K合金(Na的含量为9.2-58.2 wt%)可以在很宽的成分比例范围内于室温下形成液态合金,[5]且兼具液态和金属特性:低粘度(如液态)和高表面张力和电子传导性(如金属)。

2016年,Goodenough及其同事率先开发出了液态Na-K合金阳极,实验表明Na-K合金与大多数液态有机电解质不能混溶,因此可以实现无枝晶钾离子电池。

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