Recent advances of structural/interfacial engineering for Na metal anode protection in liquid/solid-state electrolytes
Source abstract
Abstract
Na metal anode is one of most promising anode materials for next-generation secondary batteries. However, the practical application of Na anode is limited by dendritic growth, rapid volume change, and serious interface problems in the process of Na electroplating/stripping, resulting in low coulombic efficiency, short life, and safety issues of sodium metal batteries (SMBs). Herein, the cyclic instability mechanisms of the Na anode and the corresponding advanced protection strategies including in situ solid-electrolyte-interphase (SEI), artificial SEI, and three-dimensional conductive frame, are systematically reviewed. Notably, this review summarizes the latest research progress on interface modification and electrode modification of all-solid-state SMBs. Finally, the outlooks of anode interphase in SMBs are summarized and prospected, providing a promising way for high-energy and safe SMBs.
Source: europepmc · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Advanced Battery Materials and Technologies · Advancements in Battery Materials · Advanced battery technologies research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Key Lab for Special Functional Materials of Ministry of Education; National & Local Joint Engineering Research Center for High-efficiency Display and Lighting Technology; School of Materials Science and Engineering; Collaborative Innovation Center of Nano Functional Materials and Applications; Henan University, Kaifeng, 475004, P. R. China
Funding
China Postdoctoral Science Foundation · National Natural Science Foundation of China
References (100+)
Show source-provided references
1. Blomgren · J. Electrochem. Soc. · 2017 · 164 · A501910.1149/2.0251701jes ↗
2. Yoshino · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 579810.1002/anie.201105006 ↗
3. Scrosati · J. Solid State Electrochem. · 2011 · 15 · 162310.1007/s10008-011-1386-8 ↗
4. Armand · Nature · 2008 · 451 · 65210.1038/451652a ↗
5. Pan · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 233810.1039/c3ee40847g ↗
6. Kim · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 71010.1002/aenm.201200026 ↗
7. Ryu · J. Power Sources · 2011 · 196 · 518610.1016/j.jpowsour.2011.01.109 ↗
8. Hwang · Nano Lett. · 2013 · 13 · 453210.1021/nl402513x ↗
9. Xin · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 126110.1002/adma.201304126 ↗
10. Manthiram · Small · 2015 · 11 · 210810.1002/smll.201403257 ↗
11. Liu · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 195110.1039/c3cc00085k ↗
12. Hartmann · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 22810.1038/nmat3486 ↗
13. Xia · Nat. Chem. · 2015 · 7 · 49610.1038/nchem.2260 ↗
14. Geng · Energy Storage Mater. · 2022 · 52 · 23010.1016/j.ensm.2022.08.008 ↗
15. Saroja · Matter · 2022 · 5 · 80810.1016/j.matt.2021.12.023 ↗
16. Huang · Energy Environ. Sci. · 2021 · 14 · 375710.1039/D1EE01349A ↗
17. Huang · Mater. Horiz. · 2021 · 8 · 287010.1039/D1MH01326B ↗
18. Croce · Nature · 1998 · 394 · 45610.1038/28818 ↗
19. Aurbach · Solid State Ionics · 2002 · 148 · 40510.1016/S0167-2738(02)00080-2 ↗
20. Monroe · J. Electrochem. Soc. · 2005 · 152 · A39610.1149/1.1850854 ↗
21. Suo · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 148110.1038/ncomms2513 ↗
22. Zheng · Nat. Nanotechnol. · 2014 · 9 · 61810.1038/nnano.2014.152 ↗
23. Park · Sci. Rep. · 2014 · 4 · 381510.1038/srep03815 ↗
24. Xu · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 51310.1039/C3EE40795K ↗
25. Qian · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 636210.1038/ncomms7362 ↗
26. Lu · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 96110.1038/nmat4041 ↗
27. Luo · Nano Lett. · 2015 · 15 · 614910.1021/acs.nanolett.5b02432 ↗
28. Ryou · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 64510.1002/aenm.201100687 ↗
29. Kim · Chem. Nanomater. · 2015 · 1 · 240
30. Kim · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 600010.1021/acsami.6b14437 ↗
31. Sun · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 180133410.1002/adma.201801334 ↗
32. Hou · Energy Storage Mater. · 2020 · 24 · 58810.1016/j.ensm.2019.06.026 ↗
33. Chi · Adv. Energy Mater. · 2018 · 8 · 170276410.1002/aenm.201702764 ↗
34. Yang · Nano Energy · 2021 · 80 · 10556310.1016/j.nanoen.2020.105563 ↗
35. Chi · Nano Energy · 2019 · 62 · 71810.1016/j.nanoen.2019.06.005 ↗
36. Iermakova · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · A706010.1149/2.0091513jes ↗
37. Yabuuchi · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 1163610.1021/cr500192f ↗
38. Rodriguez · ACS Energy Lett. · 2017 · 2 · 205110.1021/acsenergylett.7b00500 ↗
39. Chen · Angew. Chem., Int. Ed. · 2018 · 57 · 73410.1002/anie.201711552 ↗
40. Brissot · Electrochim. Acta · 1998 · 43 · 156910.1016/S0013-4686(97)10055-X ↗
41. Rossoa · J. Power Sources · 2001 · 97–98 · 80410.1016/S0378-7753(01)00734-0 ↗
42. Zhang · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 215510.1002/adma.201504117 ↗
43. Seong · J. Power Sources · 2008 · 178 · 76910.1016/j.jpowsour.2007.12.062 ↗
44. Sun · Adv. Mater. · 2020 · 32 · e190389110.1002/adma.201903891 ↗
45. Yoon · Adv. Energy Mater. · 2018 · 8 · 170126110.1002/aenm.201701261 ↗
46. Hu · Adv. Funct. Mater. · 2019 · 29 · 180797410.1002/adfm.201807974 ↗
47. Chen · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2022 · 14 · 1222310.1021/acsami.1c23718 ↗
48. Sacci · Nano Lett. · 2015 · 15 · 201110.1021/nl5048626 ↗
49. Zhao · Small · 2018 · 14 · 170371710.1002/smll.201703717 ↗
50. Liang · Nat. Energy · 2017 · 2 · 1711910.1038/nenergy.2017.119 ↗
51. Zhang · Nano Lett. · 2014 · 14 · 688910.1021/nl5039117 ↗
52. Ding · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 445010.1021/ja312241y ↗
53. Cheng · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 288810.1002/adma.201506124 ↗
54. Zhang · J. Mater. Chem. C · 2014 · 2 · 701310.1039/C4TC01033G ↗
55. Wu · J. Power Sources · 2011 · 196 · 809110.1016/j.jpowsour.2011.05.035 ↗
56. Yang · J. Power Sources · 2015 · 282 · 29410.1016/j.jpowsour.2015.02.044 ↗
57. Lin · Nat. Nanotechnol. · 2016 · 11 · 62610.1038/nnano.2016.32 ↗
58. Jin · Nano Energy · 2017 · 37 · 17710.1016/j.nanoen.2017.05.015 ↗
59. Raji · ACS Nano · 2017 · 11 · 636210.1021/acsnano.7b02731 ↗
60. Seh · ACS Cent. Sci. · 2015 · 1 · 44910.1021/acscentsci.5b00328 ↗
61. Choudhury · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 89810.1038/s41467-017-00742-x ↗
62. He · Angew. Chem., Int. Ed. · 2020 · 59 · 1670510.1002/anie.202006783 ↗
63. Huang · J. Mater. Sci. Technol. · 2022 · 118 · 19910.1016/j.jmst.2022.01.003 ↗
64. Lv · J. Mater. Chem. A · 2022 · 50 · 324
65. Che · Energy Environ. Sci. · 2017 · 1 · 107510.1039/C7EE00524E ↗
66. Zhang · Energy Chem. · 2019 · 1 · 10001210.1016/j.enchem.2019.100012 ↗
67. Sun · Small · 2019 · 15 · 180547910.1002/smll.201805479 ↗
68. Fang · Electrochem. Energy Rev. · 2018 · 1 · 29410.1007/s41918-018-0008-x ↗
69. Ponrouch · J. Mater. Chem. · 2015 · 3 · 2210.1039/C4TA04428B ↗
70. Fong · J. Electrochem. Soc. · 1990 · 137 · 200910.1149/1.2086855 ↗
71. Zhong · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 748410.1039/C5CS00303B ↗
72. Abraham · J. Phys. Chem. Lett. · 2015 · 6 · 83010.1021/jz5026273 ↗
73. Sun · Energy Chem. · 2020 · 2 · 10003110.1016/j.enchem.2020.100031 ↗
74. Zhu · Energy Storage Mater. · 2022 · 48 · 46610.1016/j.ensm.2022.03.040 ↗
75. Zhang · Nano Energy · 2022 · 95 · 10701410.1016/j.nanoen.2022.107014 ↗
76. Ban · ACS Appl. Energy Mater. · 2021 · 4 · 377710.1021/acsaem.1c00177 ↗
77. Zhao · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 257510.1038/s41467-022-29199-3 ↗
78. Wu · Angew. Chem., Int. Ed. · 2023 · 62 · e20221616910.1002/anie.202216169 ↗
79. Zhou · Angew. Chem., Int. Ed. · 2022 · 13 · 2575
80. Su · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2023 · 15 · 280410.1021/acsami.2c13034 ↗
81. Lu · Ionics · 2019 · 25 · 268510.1007/s11581-018-2814-x ↗
82. Yi · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2019 · 11 · 4696510.1021/acsami.9b17727 ↗
83. Zhang · Adv. Funct. Mater. · 2023 · 33 · 221200010.1002/adfm.202212000 ↗
84. Ramasubramanian · ACS Appl. Energy Mater. · 2020 · 3 · 1056010.1021/acsaem.0c01605 ↗
85. Okuno · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2016 · 18 · 864310.1039/C5CP07583A ↗
86. Su · Energy Environ. Sci. · 2019 · 12 · 124910.1039/C9EE00141G ↗
87. Su · Angew. Chem., Int. Ed. · 2020 · 59 · 1822910.1002/anie.202008081 ↗
88. Lee · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 1527010.1021/acsami.8b02446 ↗
89. MacFarlane · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 23210.1039/C3EE42099J ↗
90. Yang · Chem. Soc. Rev. · 2018 · 47 · 202010.1039/C7CS00464H ↗
91. MacFarlane · Nat. Rev. Mater. · 2016 · 1 · 1500510.1038/natrevmats.2015.5 ↗
92. Abada · J. Power Sources · 2016 · 306 · 17810.1016/j.jpowsour.2015.11.100 ↗
93. Yamada · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · A240610.1149/2.0041514jes ↗
94. Xu · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 1150310.1021/cr500003w ↗
95. Diederichsen · ACS Energy Lett. · 2017 · 2 · 256310.1021/acsenergylett.7b00792 ↗
96. Kar · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2014 · 16 · 1865810.1039/C4CP02533D ↗
97. Lewandowski · J. Power Sources · 2009 · 194 · 60110.1016/j.jpowsour.2009.06.089 ↗
98. Zhang · Chem. Soc. Rev. · 2014 · 43 · 783810.1039/C3CS60409H ↗
99. Makhlooghiazad · J. Mater. Chem. A · 2017 · 5 · 577010.1039/C6TA10340E ↗
100. Forsyth · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2019 · 11 · 4309310.1021/acsami.9b12913 ↗