近日，河北科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《Chemical Engineering Journal》發(fā)表了在鈉金屬電池領(lǐng)域的最新研究成果，針對不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面相和枝晶生長的關(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，是大規(guī)模儲能下一代核心技術(shù)，但鈉枝晶生長、SEI 界面相不穩(wěn)定長期制約產(chǎn)業(yè)化。該團(tuán)隊(duì)在銅箔上直接生長一層含氟的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，這有助于形成無機(jī)物富集的界面，并改善界面?zhèn)鬏攧恿W(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。因此，F(xiàn)-SnO2修飾的電極表現(xiàn)出低極化、高庫侖效率和長循環(huán)穩(wěn)定性：在1.0 mA cm?2下，半電池可循環(huán)2500次，對稱電池可循環(huán)超過5600小時。此外，與Na3V2(PO4)3配對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，未檢測到原料 SnF2 的殘留相。

2.驗(yàn)證物相轉(zhuǎn)化規(guī)律

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

3.原位追蹤電化學(xué)過程物相演變

利用原位 XRD實(shí)時監(jiān)測鈉沉積過程：F-SnO2衍射峰逐漸衰減，同時出現(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，裸銅上鈉呈擇優(yōu)取向生長；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，物相無明顯坍塌，驗(yàn)證改性涂層長期循環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)語

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)定性檢測的標(biāo)配核心設(shè)備。作為專業(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，可針對鋰電池、鈉電池等新能源材料定制專屬檢測解決方案，全面滿足高?？蒲性核?、新能源企業(yè)從新材料研發(fā)、機(jī)理分析到中試量產(chǎn)的全場景物相表征需求，持續(xù)以檢測裝備賦能儲能電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與規(guī)?；涞亍?/span>