John B. Goodenough德克薩斯大學Angew：室溫液體Na-K負極膜

【引言】

通常液態Na-K合金在電池中作為負極需要過量，優化的負載和避免在反應性液體Na-K合金上發生任何反應。兩種不混溶的液體之間形成的任何相間，只有在它是固相時才能是穩定。在25℃下，Na-K合金是一種成分范圍較寬的液體。雖然在堿性離子可充電電池的有機液體電解質中，液態合金是不混溶的，但是在室溫下，它能夠提供具有液-液陽極電解質界面的無樹枝狀液態堿金屬電池。兩種液體各自固定在多孔基體中。在420℃下，合金潤濕的碳紙常用于固定合金的多孔基體；在室溫下，合金保留在紙中。本文總結了如何制備，使用和再循環液態Na-K負極膜。這項工作為室溫可充電液體堿合金電池，提供液體電解質。

【成果簡介】

近日，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的John B. Goodenough（通訊）作者等人，發現合金可以在室溫和真空條件下，液體Na-K合金可以滲透到多孔Cu或Al膜中；在固定化有機液體電解質中，液態合金能夠發生可逆地剝離/電鍍；另外，液體Na-K不溶于液體碳酸鹽電解質，因此沒有觀察到自身電荷。因此，在室溫下，液態堿金屬負極可以安全地進行制備和剝離/電鍍。相關成果以“Room-Temperature Liquid Na-K Anode Membranes”為題發表在Angewandte Chemie-International Edition上。

【圖文導讀】

圖 1 室溫下，Na-K堿合金液化和真空滲透固定于多孔膜的過程圖

（a）在沒有任何外力下，當金屬鈉與金屬鉀相遇時自發地變成液體；

（b）將多孔膜浸入Na-K合金液體中，在腔室內抽真空，氬氣從多孔膜中抽出；

（c）釋放真空，氬氣將Na-K液體推入多孔膜中。

圖 2 多孔銅/鋁膜吸收液態Na-K合金前后的圖像

（a）多孔銅膜吸收液態Na-K合金之前的光學圖片；

（b）多孔銅膜吸收液態Na-K合金之后的顯微圖像；

（a）多孔鋁膜吸收液態Na-K合金之前的光學圖片；

（b）多孔鋁膜吸收液態Na-K合金之后的顯微圖像。

圖 3 室溫下，液態Na-K-Cu/Al電極與電解質溶劑的相容性

（a）液體Na-K與PC溶劑接觸時留在多孔銅中；

（b）液體Na-K與與DEGDME溶劑接觸時會被排出；

（c，d）在多孔鋁中吸收的液體Na-K發生相同的行為。

圖 4 室溫下，（-）Na-K-Al/NaClO₄和PC-FEC/Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂（+）電池的電壓-時間曲線圖

圖 5 在1 C下，Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂和K₂MnFe（CN）₆正極的電池性能

（a）在1 C下，采用1 M NaClO₄電解質、Na-K-Al負極和Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正極的電池的充電/放電曲線圖；

（b）在1 C下，采用1 M NaClO₄電解質、Na-K-Al負極和Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂正極的電池的循環性能圖；

（c）在1 C下，采用1 M NaClO₄電解質、Na-K-Al負極和K₂MnFe(CN)₆正極的電池的充電/放電曲線圖；

（d）在1 C下，采用1 M NaClO₄電解質、Na-K-Al負極和K₂MnFe(CN)₆正極的電池的循環性能圖。

圖 6 在室溫下，液態Na-K合金電池負極的制備示意圖

【小結】

在室溫下，液態Na-K合金滲透到多孔膜中，用作無樹枝狀的鈉（或鉀）負極。真空滲透技術適用于許多多孔膜，包括碳，鎳，銅和鋁。在25℃下，液-負極膜可以與可接受的陽離子的有機碳酸鹽電解質一起使用。相對來講，Na-K在醚中，具有的輕微溶解性，與有機醚電解質不相容。本文總結了如何制備，使用和再循環液態Na-K負極膜。這項工作為室溫可充電液體堿合金電池，提供液體電解質。

文獻鏈接：Room-Temperature Liquid Na-K Anode Membranes（Angew, 2018, DOI: 10.1002/anie.201809622）。

本文由材料人金屬編輯部張金洋編譯整理。

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