Grain-Optimized Copper Current Collectors for Highly Stable Anode-Free Sodium Batteries

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• アノードフリーナトリウム電池（AFSBs）は高いエネルギー密度を提供しますが、不安定なナトリウムのめっき/ストリッピングと固体電解質界面（SEI）の進化という課題に直面しています。
• サイクル安定性と容量維持率の向上は、AFSBsの実用化にとって重要です。

研究 の 目的:

• Cu基板における粒界密度が、AFSBsの性能に与える影響を調査すること。
• ナトリウム核生成とSEI形成の強化における粒界の役割を解明すること。

主な方法:

• 様々な粒界密度を持つCu基板の作製。
• 修飾Cu基板とNa3V2(PO4)3カソードを用いたアノードフリーナトリウムセルの電気化学的試験。
• ナトリウム析出形態とSEI組成の分析。

主要な成果:

• 高粒界密度Cu基板は、より強いナトリウム親和性と低い核生成エネルギー障壁を示し、緻密で結晶性の高いナトリウム析出をもたらします。
• 粒界はアニオン吸着を促進し、アニオンリッチ溶媒和構造と、安定したNaFリッチなSEI膜を形成します。
• 超高粒界密度Cu（UGB-Cu）を用いたアノードフリーセルは、99.97%の平均クーロン効率で5Cにおいて800サイクルを達成しました。

結論:

• Cu基板の粒界は、基板とナトリウムの親和性および界面SEI化学の両方を改善する二重の役割を果たします。
• Cu箔の粒界工学は、高性能AFSBsを開発するための実用的でスケーラブルな戦略です。