对具有更高能量密度的可充电电池的巨大需求引起了人们将碱金属电极与固态电解质相结合的关注。然而，在低电流密度下，金属渗透和电解质破裂已经成为根本障碍。

近日，美国麻省理工学院Yet-Ming Chiang报道了一种半固态（即多相液-固）电极方法，其在具有液态金属电极的高临界电流密度（CCD）的同时，又保留了固体金属电极的形状保持和封装优势。

文章要点

1）研究发现，纯碱金属Li、Na和K与传导各自碱离子的固体电解质组合时，具有与其机械变形阻力成反比的CCD。

2）两相Na-K合金与K-β“-Al₂O₃（KBA）固体电解质组合时，可在比固态碱金属高好几倍的CCDs中进行富液和富固两种最终态之间循环。此外，能够在高面容量下实现这种行为的结果表明，电沉积引起的金属-固体电解质界面缺陷可以实现“自愈合”。同时，Na-K合金可以在超过15 mA cm^-2的CCD下循环，这是迄今为止报道的固体电解质上金属电极的最高室温值，足以使在典型的锂离子电极面积容量（即3 mAh cm^-2）下实现3 C循环。

3）通过在Li金属电极与Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂（LLZTO）固体电解质之间引入Na-K液体合金润湿界面，可以使临界电流密度增加一倍，并可以在超过3.5 mAh cm^-2的面积容量下循环。

这些设计方法有望克服迄今为止一直限制提高固态金属电池性能的电化学-机械稳定性问题。

参考文献

Park, R.JY., Eschler, C.M., Fincher, C.D. et al. Semi-solid alkali metal electrodes enabling high critical current densities in solid electrolyte batteries. Nat Energy (2021)

DOI：10.1038/s41560-021-00786-w

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00786-w