麻省理工大學李巨教授團隊在Joule期刊發表研究成果,提出了一種新型混合溶劑化電解液(HSEs)用於鈉金屬電池。通過合理選擇分子強溶劑化溶劑和弱溶劑化溶劑的比例,可以調控電解液的溶劑化結構,實現電化學穩定性、離子電導率和循環極化之間的優化平衡。

在實驗中,研究人員通過系統篩選,開發出50種HSEs體系,研究溶劑與鈉離子的溶劑化效應和鈉金屬沉積過程。發現最佳的1M NaFSI DMTMSA/THF比例爲4:1,該電解液在3.0 mA/cm2的高電流密度下循環穩定,平均庫侖效率達99.3%,循環極化僅爲80 mV。

在這種HSEs體系下,分層的溶劑化結構與鈉離子形成CIP/AGG溶劑化物,阻止了電解液與鈉金屬負極和鈉正極的直接反應,提高了電化學穩定窗口和循環可逆性。與傳統電解液相比,HSEs的氧化窗口更寬、離子電導率更高,可實現更高電流密度和電壓循環。結合光譜和鍍鈉測試,闡明瞭HSEs可以誘導均勻緻密的鈉沉積,有效抑制枝晶生長和溶劑分解。