乔羽教授课题组在新型（无负极）钠金属电池电解液设计及其表界面机理研究中取得重要进展。相关成果以“Electrolyte Solvation Engineering Stabilizing Anode-Free Sodium Metal Battery With 4.0 V-Class Layered Oxide Cathode”为题发表在Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.202410261）。
钠离子电池因其具备合适的能量密度、环境友好、结构简单和安全高等特点，被认为是一种极具发展潜力的储能技术，并有望作为现有锂离子电池的有效补充。然而，目前绝大多数的钠离子电池主要是基于钠离子插层的碳基材料（如硬碳）作为负极，其能量密度仅能达到约160 Wh/kg，这比现阶段的商用锂离子电池低约40%。与传统的钠离子电池配置相比，去除负极活性材料的“无负极钠金属电池（AFSMB）”将最大限度地提高电池的质量和体积能量密度，被认为是当前钠基电池的“天花板”。然而，由于现有的电解液无法形成稳定的电极界面，导致其易在高电压钠正极表面和无负极侧持续分解并消耗活性钠，但负极中没有多余的钠可以用来补充活性钠的损失，这将明显缩短AFSMB的循环寿命，严重阻碍高能量密度AFSMB在大规模电力和能源市场的实际应用。
基于此，课题组通过平衡Na+-溶剂与Na+-阴离子之间的相互作用，提出了一种弱溶剂化阴离子稳定型（WSAS）电解液的设计策略。结合In-situ FTIR对界面溶剂化过程的动态监测结果，揭示了WSAS电解液不仅在体相环境中形成了阴离子参与的溶剂化团簇，而且在循环过程中阴离子配位团簇仍可以在电极/电解液界面富集，这有利于构建富含CIP/AGGs的界面并形成均匀且致密的无机CEI/SEI，从而改善AFSMBs的循环寿命和低温性能。
该项研究工作在乔羽教授的指导下完成，博士后邹业国为第一作者。该论文得到中国博士后面上项目（2023M741399），国家自然科学基金（22179111、22021001、52106090、T2325012），国家重点研发计划（2021YFA1201900），嘉庚创新实验室基础研究项目（RD2021070401），以及固体表面物理化学国家重点实验室的支持。
