John B. Goodenough德克萨斯大学Angew：室温液体Na-K负极膜

【引言】

通常液态Na-K合金在电池中作为负极需要过量，优化的负载和避免在反应性液体Na-K合金上发生任何反应。两种不混溶的液体之间形成的任何相间，只有在它是固相时才能是稳定。在25℃下，Na-K合金是一种成分范围较宽的液体。虽然在碱性离子可充电电池的有机液体电解质中，液态合金是不混溶的，但是在室温下，它能够提供具有液-液阳极电解质界面的无树枝状液态碱金属电池。两种液体各自固定在多孔基体中。在420℃下，合金润湿的碳纸常用于固定合金的多孔基体；在室温下，合金保留在纸中。本文总结了如何制备，使用和再循环液态Na-K负极膜。这项工作为室温可充电液体碱合金电池，提供液体电解质。

【成果简介】

近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的John B. Goodenough（通讯）作者等人，发现合金可以在室温和真空条件下，液体Na-K合金可以渗透到多孔Cu或Al膜中；在固定化有机液体电解质中，液态合金能够发生可逆地剥离/电镀；另外，液体Na-K不溶于液体碳酸盐电解质，因此没有观察到自身电荷。因此，在室温下，液态碱金属负极可以安全地进行制备和剥离/电镀。相关成果以“Room-Temperature Liquid Na-K Anode Membranes”为题发表在Angewandte Chemie-International Edition上。

【图文导读】

图 1 室温下，Na-K碱合金液化和真空渗透固定于多孔膜的过程图

（a）在没有任何外力下，当金属钠与金属钾相遇时自发地变成液体；

（b）将多孔膜浸入Na-K合金液体中，在腔室内抽真空，氩气从多孔膜中抽出；

（c）释放真空，氩气将Na-K液体推入多孔膜中。

图 2 多孔铜/铝膜吸收液态Na-K合金前后的图像

（a）多孔铜膜吸收液态Na-K合金之前的光学图片；

（b）多孔铜膜吸收液态Na-K合金之后的显微图像；

（a）多孔铝膜吸收液态Na-K合金之前的光学图片；

（b）多孔铝膜吸收液态Na-K合金之后的显微图像。

图 3 室温下，液态Na-K-Cu/Al电极与电解质溶剂的相容性

（a）液体Na-K与PC溶剂接触时留在多孔铜中；

（b）液体Na-K与与DEGDME溶剂接触时会被排出；

（c，d）在多孔铝中吸收的液体Na-K发生相同的行为。

图 4 室温下，（-）Na-K-Al/NaClO₄和PC-FEC/Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂（+）电池的电压-时间曲线图

图 5 在1 C下，Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂和K₂MnFe（CN）₆正极的电池性能

（a）在1 C下，采用1 M NaClO₄电解质、Na-K-Al负极和Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正极的电池的充电/放电曲线图；

（b）在1 C下，采用1 M NaClO₄电解质、Na-K-Al负极和Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正极的电池的循环性能图；

（c）在1 C下，采用1 M NaClO₄电解质、Na-K-Al负极和K₂MnFe(CN)₆正极的电池的充电/放电曲线图；

（d）在1 C下，采用1 M NaClO₄电解质、Na-K-Al负极和K₂MnFe(CN)₆正极的电池的循环性能图。

图 6 在室温下，液态Na-K合金电池负极的制备示意图

【小结】

在室温下，液态Na-K合金渗透到多孔膜中，用作无树枝状的钠（或钾）负极。真空渗透技术适用于许多多孔膜，包括碳，镍，铜和铝。在25℃下，液-负极膜可以与可接受的阳离子的有机碳酸盐电解质一起使用。相对来讲，Na-K在醚中，具有的轻微溶解性，与有机醚电解质不相容。本文总结了如何制备，使用和再循环液态Na-K负极膜。这项工作为室温可充电液体碱合金电池，提供液体电解质。

文献链接：Room-Temperature Liquid Na-K Anode Membranes（Angew, 2018, DOI: 10.1002/anie.201809622）。

本文由材料人金属编辑部张金洋编译整理。

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