Search近日，浙江大学基础交叉研究院原创板块成员、材料科学与工程学院范修林教授团队联合南京师范大学吴平、上海交通大学邓涛等团队在JACS上发表题为“Enhanced Sodium-Ion Transport across Solid Electrolyte Interphase via Electric-Field Modulation”的研究论文。
固体电解质界面相（SEI）是钠离子电池中调控离子输运、界面稳定性和循环寿命的关键，但其动态、多组分、非均质结构使内部Na⁺输运机制长期不清。尤其电极界面电场随距离衰减，如何影响SEI内离子迁移尚缺定量框架，传统表征又易扰动原生SEI。厘清电场—SEI厚度—离子输运关系，对电解液设计和高性能钠离子电池开发至关重要。
本研究揭示了SEI内部电场空间变化决定Na⁺输运机制转变：在靠近电极的薄SEI中强电场占主导，可实现低散射弹道式Na⁺迁移，促进快速离子迁移；在较厚SEI中电场衰减、离子碰撞频繁，转为扩散式输运。研究团队结合分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）模拟，基于盐-溶剂相互作用评估电解液可还原性，并用原位无损恒电位计时库仑法（PCQ_SEI）定量SEI形成电荷。对23种代表性电解液评估发现，SEI形成电荷与SEI电阻强相关（R²=0.993）；8种电解液SEI形成电荷低于50%且R_SEI较低，证明抑制SEI形成可促进弹道式Na⁺迁移。最优电解液为1 M NaPF₆/TEGDME，其形成约21 nm SEI，电荷损失仅31.7%，Na||硬碳电池界面阻抗24.48 Ω·cm²，1200次循环容量保持99.4%。本研究为通过电解液工程调控高性能SEI、发展长寿命钠离子电池提供了机制框架。
电场影响下Na+迁移模式的示意图
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c08495
