陶瓷金属化辅助超声焊接构建高效Beta-Al2O3/Na界面推动固态钠金属电池发展

（编辑推荐）本研究创新性地结合室温超声焊接(UW)与陶瓷金属化(Au/In/Ge)技术，成功构建低阻抗(43 Ω cm2)、高临界电流密度(1.9 mA cm-2)的Beta-Al2O3/Na界面，解决了固态钠金属电池(SSMBs)中氧化物电解质与金属钠的相容性难题。通过原位合金化反应优化Na+/e-通量分布，使Na3V2(PO4)3全电池在600次循环后仍保持92.7%容量，为高安全高能量密度储能系统提供新思路。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过室温超声焊接与陶瓷金属化（金/铟/锗）的协同策略，成功攻克了固态钠金属电池(SSMBs)中Beta-Al₂O₃电解质与金属钠负极的界面相容性难题。

Results and discussion

如图2a所示，制备的Beta-Al₂O₃电解质呈现六方晶系β相与菱方晶系β"相的双相结构。其中β"-Al₂O₃相（PDF# 84-1715）因其晶体结构中更丰富的钠离子传导通道，对提升离子电导率具有关键作用。通过金属化层（特别是金涂层）的引入，实现了创纪录的低界面阻抗（43 Ω cm²），这得益于金材料近乎零的钠成核过电位特性。

Conclusions

本研究开创性地将陶瓷金属化与超声焊接技术结合，在Beta-Al₂O₃表面构建了具有快速Na⁺/e^-传输能力的合金界面层。其中金改性样品(UW-Na|Beta-Al₂O₃@Au|Na)展现出最优异的电化学性能——不仅临界电流密度达1.9 mA cm^-2，更在0.2 mA cm^-2电流密度下实现超过1100小时的稳定循环，为氧化物基固态钠电池的商业化应用铺平道路。