无负极钠固态电池的原理主要涉及去除传统电池中的负极活性材料，而是依赖碱金属（如钠）直接电化学沉积到集流体（如铝）表面来存储离子。这种设计旨在实现更高的电池电压、更低的成本以及由于去除了负极活性材料而提高的能量密度。以下是关于无负极钠固态电池原理的详细解释： 一、基本原理 去除负极活性材料：无负极电池最大的特点是不使用负极活性材料，如碳或合金，从而简化了电池结构。 碱金属沉积：在首次充电过程中，碱金属（钠）在集流体（如铝）表面发生电化学沉积，形成一层金属钠。这个过程替代了传统电池中负极材料对离子的吸收和储存。 集流体与电解质的紧密接触：集流体（铝）与固态电解质之间需要形成紧密且牢固的固-固界面接触，以确保钠金属能够均匀且可逆地沉积和剥离。 二、关键要素 电化学稳定的固态电解质：为了防止活性钠的消耗和固体电解质界面（SEI）的形成，需要使用对钠金属电化学稳定的固态电解质，如硼氢化钠（Na4B10H10B12H12，简称NBH）。这种电解质能够有效抑制SEI层的形成，并减少活性钠的消耗。 高密度的集流体：集流体（如铝颗粒）需要具有高密度，以便在冷压过程中形成致密的集流体层，从而与固态电解质实现紧密接触。此外，集流体的致密性还有助于防止钠枝晶的穿透和电池短路。 适当的堆叠压力：通过施加适当的堆叠压力（如10 MPa），可以促进集流体与固态电解质之间的紧密接触，提高钠金属的沉积和剥离效率。同时，堆叠压力还有助于抑制钠枝晶的生长。 三、工作过程 充电过程：在充电过程中，外部电源提供电子和离子，使得钠离子在电解质中迁移并沉积在集流体表面，形成金属钠层。 放电过程：在放电过程中，金属钠层中的钠离子被重新氧化为钠离子并释放到电解质中，同时释放出电子并通过外部电路回到正极，形成电流。 四、优势与挑战 优势： 提高能量密度：由于去除了负极活性材料，电池的能量密度得到提高。 降低成本：简化了电池结构，降低了材料成本和生产工艺复杂度。 提高电池电压：实现了尽可能低的还原电位，从而提高了电池电压。 挑战： 需要解决集流体与固态电解质之间的接触不良问题。 需要防止钠枝晶的穿透和电池短路。 需要进一步优化堆叠压力和电解质材料的性能。 无负极钠固态电池通过去除负极活性材料并依赖碱金属在集流体表面的电化学沉积来实现离子的存储和释放。这种设计具有提高能量密度、降低成本和提高电池电压等优势，但同时也面临一些技术挑战需要解决。