Angew. Chem. : 机械化学诱导的液态金属可控相变电极

碱金属负极因高理论比容量和低电化学电势在能源存储中备受瞩目，但传统固态负极易生长枝晶，影响电池寿命和安全性。室温液态钠钾（Na-K）因无枝晶和自愈合能力被视为传统固态负极的理想替代者之一，但其流动性导致电极成型难、易泄露、易短路。为推动液态金属电极的商业化进程，需要一种新的技术来有效解决因液态金属的流动性引发的电池组装难题，确保其在实际电池体系中的可行性和安全性。

近日，湖南大学吴英鹏教授与黄璐副教授团队报道了一种碱金属电池中可控相变电极（PTE）策略，成功解决了液态金属电极在实际电池体系中面临的组装困难和泄露问题。基于此实现了无枝晶液态金属负极在圆柱形电池中的稳定应用，为液态金属电池的实用化迈出了重要一步。该研究为机械化学及液态金属介导的反应机制提供了新见解，且有望在电池技术、催化和材料合成等更多领域展现广阔应用前景。

借助于钠钾合金电极的可控相变，液态金属阳极得以高效应用：NaK合金电极在电池组装时以近固态形式存在，防止泄漏和短路；随后，电极在电池内部发生相变，合金负极转变为液态进入工作模式，有效抑制枝晶生长。

PTE 电极的制备始于K金属与NaCl的固相置换反应：先通过机械研磨K金属与NaCl制备室温近固态复合物，过程中机械能引发置换反应产生微量液态金属，其作为润滑剂和分散剂，提升反应物分散性与表面自由能，加快机械化学反应速率。随后利用此近固态复合物作为负极装配电池，其中微量的液态金属通过促进反应物间原子迁移推动K金属与NaCl的置换反应，生成更多Na并与K自发合金，形成室温液态金属电极，实现电池的无枝晶循环。

机械研磨反应中自生成液态金属能够作为润滑剂、分散剂，改善反应物间的分散性和增加其表面自由能，从而显著促进随后的机械化学反应。

原位表征和理论研究阐明了自生成液态金属对机械化学反应和原位固相反应有显著的促进作用。

最终，PTE首次应用于圆柱形电池，展示了其在实用化电池体系中应用潜力。

论文信息

Self-Accelerated Controllable Phase Transformation for Practical Liquid Metal Electrode

Chichu Qin, Li Huang, Xuan Zhong, Zhiyong Xia, Guanwu Li, Guanqing Cheng, Lu Huang, Yingpeng Wu

文章第一作者为博士研究生覃持楚

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421020