近日，河北科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Chemical Engineering Journal》發(fā)表了在鈉金屬電池領(lǐng)域的最新研究成果，針對(duì)不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面相和枝晶生長(zhǎng)的關(guān)鍵痛點(diǎn)，科研人員在平面銅集流體上原位構(gòu)建源自 F-SnO2 涂層的 NaF-Na2O-Sn 復(fù)合界面以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鈉金屬沉積，實(shí)現(xiàn)鈉電池超長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行。本次研究采用FRINGE EVS桌面式X射線衍射儀完成核心物相鑒定與晶體結(jié)構(gòu)表征，再次印證國(guó)產(chǎn) XRD 在新能源材料科研領(lǐng)域的硬核實(shí)力。

研究核心概況

鈉金屬電池憑借資源豐富、能量密度高等優(yōu)勢(shì)，是大規(guī)模儲(chǔ)能下一代核心技術(shù)，但鈉枝晶生長(zhǎng)、SEI 界面相不穩(wěn)定長(zhǎng)期制約產(chǎn)業(yè)化。該團(tuán)隊(duì)在銅箔上直接生長(zhǎng)一層含氟的SnO2層，構(gòu)建一種親鈉集流體，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鈉金屬沉積。在鈉化早期階段，修飾后的集流體與鈉自發(fā)反應(yīng)，原位生成NaF-Na2O-Sn復(fù)合界面相，覆蓋在集流體表面，這有助于形成無(wú)機(jī)物富集的界面，并改善界面?zhèn)鬏攧?dòng)力學(xué)。促進(jìn)更均勻的界面?zhèn)鬏敪h(huán)境，并穩(wěn)定鈉/電解液界面，從而有效抑制枝晶生長(zhǎng)。因此，F(xiàn)-SnO2修飾的電極表現(xiàn)出低極化、高庫(kù)侖效率和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性：在1.0 mA cm?2下，半電池可循環(huán)2500次，對(duì)稱(chēng)電池可循環(huán)超過(guò)5600小時(shí)。此外，與Na3V2(PO4)3配對(duì)的全電池和軟包電池展現(xiàn)出增強(qiáng)的倍率性能和持久的循環(huán)性能，突顯了這種涂層衍生界面策略在先進(jìn)鈉金屬電池中的實(shí)際應(yīng)用潛力。

XRD在本項(xiàng)科研中的核心價(jià)值

在整個(gè)科研攻關(guān)中，浪聲 FRINGE EVS桌面式X射線衍射儀發(fā)揮不可替代的核心表征作用：

1.表征涂層晶體物相

檢測(cè)氣相沉積后銅箔表面涂層晶體結(jié)構(gòu)，確定SnO2的 (110)、(101)、(200) 等特征晶面，同時(shí)區(qū)分銅基底衍射峰，證實(shí)所制備的涂層為純金紅石相 SnO2，未檢測(cè)到原料 SnF2 的殘留相。

2.驗(yàn)證物相轉(zhuǎn)化規(guī)律

對(duì)照實(shí)驗(yàn)證實(shí) 700℃氬氣氛圍下，前驅(qū)體 SnF2會(huì)轉(zhuǎn)化為 SnO2，明確 F-SnO2物相形成機(jī)理。

3.原位追蹤電化學(xué)過(guò)程物相演變

利用原位 XRD實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈉沉積過(guò)程：F-SnO2衍射峰逐漸衰減，同時(shí)出現(xiàn) Na-Sn合金、金屬鈉特征峰，直觀證明涂層與鈉發(fā)生合金化反應(yīng)，揭示界面相變與鈉沉積機(jī)制。

4.分析鈉沉積晶體取向

非原位 XRD 表征發(fā)現(xiàn)：F-SnO2改性銅箔上鈉呈多晶生長(zhǎng)，裸銅上鈉呈擇優(yōu)取向生長(zhǎng)；證實(shí)改性層可誘導(dǎo)多晶鈉沉積，有效抑制枝晶滋生。

5.佐證電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

循環(huán)后 XRD 表征證明 F-SnO2骨架結(jié)構(gòu)保持完整，物相無(wú)明顯坍塌，驗(yàn)證改性涂層長(zhǎng)期循環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

此次科研成果再次印證，XRD 是新能源電池電極涂層材料、合金相變、界面物相分析、制備工藝優(yōu)化、循環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢測(cè)的標(biāo)配核心設(shè)備。作為專(zhuān)業(yè) XRD 設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)商，我們深耕 X 射線衍射技術(shù)領(lǐng)域，可針對(duì)鋰電池、鈉電池等新能源材料定制專(zhuān)屬檢測(cè)解決方案，全面滿足高校科研院所、新能源企業(yè)從新材料研發(fā)、機(jī)理分析到中試量產(chǎn)的全場(chǎng)景物相表征需求，持續(xù)以檢測(cè)裝備賦能儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與規(guī)模化落地。