孙学良院士团队：分子层沉积技术用于金属钠负极保护

相比于广泛使用的锂离子电池，钠离子电池，室温钠硫电池以及钠空气电池在大型能源储存器件的应用上收到了广泛的关注。其中，金属钠被认为是一种极具潜力的钠离子电池与钠金属电池的负极材料。它具有很高的理论比容量与较低的电势。但是，在电化学沉积过程中，金属钠极易与液态电解液发生副反应，形成不稳定的固液电解质界面层 （SEI），从而产生枝晶，刺穿隔膜，降低电池的库伦效率和寿命。因此，稳定的SEI层是减缓枝晶生长，提高金属钠负极性能的关键因素之一。

近日，加拿大西安大略大学孙学良院士团队首次报道了利用分子层沉积技术（MLD）研发新型铝基有机无机复合薄膜（alucone）作为金属钠负极的保护层。结果表明：在不同的电流密度下，金属钠负极的循环寿命得到了大幅度的提高。例如，当电流密度为1 mA/cm-2时，纯钠片在循环150h之后，相对电压开始急剧增长，在250 h之后高于4V。然而，alucone保护过的钠片可以稳定循环270h以上，其相对电压稳定在0.3 V。这表明，分子层沉积薄膜可以有效地提高金属钠的循环稳定性能。并且，扫面电镜结果显示，分子层沉积薄膜可以有效地减缓钠枝晶的生长，这是提高电化学性能的重要原因。同时，相比于原子层沉积氧化铝薄膜保护层，分子层沉积alucone薄膜在此种电解液中展现出更优异的性能。

同时，他们还利用不同的表征手段，包括XPS和RBS技术来理解SEI组分的变化。结果表明：分子层沉积薄膜在电化学循环过程中可以稳定存在，其有助于形成稳定的SEI层，从而减少枝晶的生长，提高电化学性能。

图1. （a）纯钠片和alucone保护钠片在电化学沉积过程中的示意图; （b）在Na（100）表面上吸附单一Alone分子的3D和顶视图。

图2 纯钠片和alucone保护钠片在不同电流密度下的循环性能图

图3 纯钠片和alucone保护钠片在电化学沉积过程后的扫描电镜图

图4 纯钠片和alucone保护钠片的RBS谱图及其拟合结果

参考文献：Yang Zhao, Lyudmila V. Goncharova, Qian Zhang, Payam Kaghazchi, Qian Sun, Andrew Lushington, Biqiong Wang, Ruying Li, and Xueliang Sun，Inorganic−Organic Coating via Molecular Layer Deposition Enables Long Life Sodium Metal Anode，Nano letters，DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02464

本文由加拿大西安大略大学孙学良院士课题组的赵阳博士投稿，特此感谢！欧洲足球赛事 编辑整理。

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