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?西工大馬越AFM：耐溫性達(dá)180°C的異質(zhì)層超輕復(fù)合聚合物電解質(zhì)

聚環(huán)氧乙烷聚合物電解質(zhì)在固態(tài)鈉金屬電池（SSMB）中的實(shí)際應(yīng)用受到室溫下Na⁺擴(kuò)散遲緩、機(jī)械脆性以及高壓下氧化傾向的影響。

圖1. 異質(zhì)層CPE的設(shè)計(jì)概念示意圖

西北工業(yè)大學(xué)馬越等提出了一種異質(zhì)層復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPE），以同時(shí)實(shí)現(xiàn)與高壓正極（直到4.2V）和Na金屬負(fù)極的界面穩(wěn)定性。

具體而言，層堆疊的PEO和聚丙烯腈（PAN）分別穩(wěn)定了與Na箔和高壓正極接觸的界面動(dòng)力學(xué)；在聚合物基質(zhì)內(nèi)，將Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）納米填料進(jìn)行砂磨并均勻分散在聚合物基質(zhì)中，以提高離子電導(dǎo)率（1.62×60°C時(shí)為10^?4 S cm^?1）。

同時(shí)，滲透的納米纖維素骨架中豐富的羥基提高了與聚合物基體的界面緊密性，從而賦予了輕質(zhì)CPE的形成（25 um），并使其機(jī)械強(qiáng)度（13.84MPa）提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，耐溫性達(dá)到180°C。

圖2. CPE的力學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)

受益于上述優(yōu)勢(shì)，在無(wú)表面潤(rùn)濕劑的情況下，將六氰化鐵正極（FeHCF，1 mAh cm^-2）、25 μm CPE薄膜和Na箔層層疊加，所構(gòu)建的SSMB原型電池可以實(shí)現(xiàn)室溫循環(huán)穩(wěn)定性（200次循環(huán)后具有93.8%的容量保持率），以及在80℃下的卓越運(yùn)行可靠性。更重要的是，機(jī)械柔性的CPE薄膜符合層壓加工，這很容易被納入工業(yè)電池制造。

圖3. 全電池性能

A Hetero-Layered, Mechanically Reinforced, Ultra-Lightweight Composite Polymer Electrolyte for Wide-Temperature-Range, Solid-State Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202215117

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