燕山大學：鈉金屬沉積/剝離動力學過程的原位觀察
日期：2022-11-07
基于鈉金屬負極的固態鈉金屬電池、鈉硫電池、鈉空氣電池是潛在的能超越鋰電池的能量存儲科技，未來可能會應用于電動汽車和能量存儲系統中。但是鈉枝晶的不可控生長阻礙了鈉電池系統的開發，鈉枝晶以及相關的負極-電解質界面問題仍然模棱兩可。
燕山大學黃建宇老師課題組利用先進的原位環境透射電子顯微鏡技術方法，研究了鈉沉積/剝離（Plating/stripping）過程，發現鈉金屬在早期沉積過程中生長成為一些多面體結構，{100}晶面族暴露在外。在鈉的剝離（Stripping）過程中，Na沿著{110}晶面族層層剝離，在逐漸剝離到多面體的角的時候轉向{112}晶面族。鈉的沉積和剝離過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，鈉沉積過程中的特殊形狀是原子沉積速率和質量通量共同作用的結果。研究成果以“In situ imaging the dynamics of sodium metal deposition and stripping”為題目發表在《Journal of Materials Chemistry A》上，燕山大學黃建宇老師，張利強老師、唐永福老師，韓國韓國基礎科學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試環境。
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，緩解鈉枝晶的生長對鈉金屬電池來說是非常重要的，這項原位研究對電池研究有重要意義。實驗中，鈉是在二氧化碳氣氛環境中生長出來的，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。研究人員發現，鈉沉積過程中的形狀是原子沉積速率和質量通量共同作用的結果，通過控制沉積電壓和環境是有可能控制鈉的沉積形狀的，這對未來良好控制鈉金屬的沉積有啟發性意義。
這是黃老師課題組近期原位鈉枝晶生長研究的工作，前面我們已經推送了鈉枝晶生長中的電化學奧斯瓦爾德熟化機制的文章，詳情請看前期文章。感謝耿林博士對公眾號文章的審核！
圖5 文章中使用的原位樣品桿
作者：admin