Coletores de Corrente de Cobre Otimizados por Grãos para Baterias de Sódio Anodo-Livres Altamente Estáveis

Área de la Ciencia:

• Ciência dos Materiais; Eletroquímica; Armazenamento de Energia

Sus antecedentes:

• As baterias de sódio sem ânodo (AFSBs) oferecem alta densidade de energia, mas enfrentam desafios com a deposição/remoção instável de sódio e a evolução da interface de eletrólito sólido (SEI).
• A melhoria da estabilidade de ciclagem e da retenção de capacidade são críticas para a aplicação prática de AFSBs.

Objetivo del estudio:

• Investigar o impacto da densidade de limites de grão em substratos de cobre (Cu) no desempenho de AFSBs.
• Elucidar o papel dos limites de grão no aprimoramento da nucleação de sódio e formação de SEI.

Principales métodos:

• Fabricação de substratos de Cu com densidades de limites de grão variáveis.
• Testes eletroquímicos de células de sódio sem ânodo usando substratos de Cu modificados e cátodos de Na3V2(PO4)3.
• Análise da morfologia de deposição de sódio e composição da SEI.

Principales resultados:

• Substratos de Cu com maior densidade de limites de grão exibem maior afinidade de sódio e menores barreiras de energia de nucleação, levando a depósitos de sódio densos e cristalinos.
• Os limites de grão promovem a adsorção de ânions, formando uma estrutura de solvatação rica em ânions e um filme SEI estável e rico em NaF.
• Células sem ânodo com Cu de densidade ultra-alta de limites de grão (UGB-Cu) alcançaram 800 ciclos a 5C com 99,97% de eficiência coulômbica média.

Conclusiones:

• Os limites de grão em substratos de Cu desempenham um papel duplo na melhoria da afinidade substrato-sódio e da química interfacial da SEI.
• A engenharia de limites de grão de folha de Cu é uma estratégia prática e escalonável para o desenvolvimento de AFSBs de alto desempenho.