基于鈉金屬負(fù)極的固態(tài)鈉金屬電池、鈉硫電池、鈉空氣電池是潛在的能超越鋰電池的能量存儲(chǔ)科技，未來(lái)可能會(huì)應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中。但是鈉枝晶的不可控生長(zhǎng)阻礙了鈉電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，鈉枝晶以及相關(guān)的負(fù)極-電解質(zhì)界面問(wèn)題仍然模棱兩可。

      燕山大學(xué)黃建宇老師課題組利用先進(jìn)的原位環(huán)境透射電子顯微鏡技術(shù)方法，研究了鈉沉積/剝離（Plating/stripping）過(guò)程，發(fā)現(xiàn)鈉金屬在早期沉積過(guò)程中生長(zhǎng)成為一些多面體結(jié)構(gòu)，{100}晶面族暴露在外。在鈉的剝離（Stripping）過(guò)程中，Na沿著{110}晶面族層層剝離，在逐漸剝離到多面體的角的時(shí)候轉(zhuǎn)向{112}晶面族。鈉的沉積和剝離過(guò)程和鋰金屬的存在差異。DFT理論模擬顯示鈉的沉積和剝離遵循能量路徑或者伍爾夫定律，鈉沉積過(guò)程中的特殊形狀是原子沉積速率和質(zhì)量通量共同作用的結(jié)果。研究成果以“In situ imaging the dynamics of sodium metal deposition and stripping”為題目發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上，燕山大學(xué)黃建宇老師，張利強(qiáng)老師、唐永福老師，韓國(guó)韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院的丁峰老師為論文共同通訊作者，耿林(1/2)和趙超(2/2)是該論文的共同作者。

原位鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/TA/D2TA02513B

圖1 本項(xiàng)研究中利用澤攸科技（ZepTools）的PicoFemto?系列原位TEM-STM樣品桿搭建了原位測(cè)試環(huán)境。

圖2 原位充放電

圖3 原位充放電

圖4 原位充放電

綜上：控制電池中鈉的沉積形貌，緩解鈉枝晶的生長(zhǎng)對(duì)鈉金屬電池來(lái)說(shuō)是非常重要的，這項(xiàng)原位研究對(duì)電池研究有重要意義。實(shí)驗(yàn)中，鈉是在二氧化碳?xì)夥窄h(huán)境中生長(zhǎng)出來(lái)的，鈉多面體的表面有一層和鈉離子電池中SEI非常相似的碳酸鈉。研究人員發(fā)現(xiàn)，鈉沉積過(guò)程中的形狀是原子沉積速率和質(zhì)量通量共同作用的結(jié)果，通過(guò)控制沉積電壓和環(huán)境是有可能控制鈉的沉積形狀的，這對(duì)未來(lái)良好控制鈉金屬的沉積有啟發(fā)性意義。

      這是黃老師課題組近期原位鈉枝晶生長(zhǎng)研究的工作，前面我們已經(jīng)推送了鈉枝晶生長(zhǎng)中的電化學(xué)奧斯瓦爾德熟化機(jī)制的文章，詳情請(qǐng)看前期文章。感謝耿林博士對(duì)公眾號(hào)文章的審核！

圖5 文章中使用的原位樣品桿