嚴重的寄生界面反應和枝晶生長阻礙了采用硫化物固態電解質(SEs)的全固態(ASS)鈉電池的實際應用。
燕山大學張隆等提出了一種具有高離子電導率的新型復合SE,它由Na3SbS4(NSS)和Na4P2S4.5O2.5 (NaPSO)氧硫化物玻璃組成。
圖1. SE的結構和電化學評價
研究表明,氧硫化物中的P2S7-aOa和PS4-aOa單元發揮著不同的作用:前者被還原以釋放出游離的O離子,這些離子遷移到負極并與其反應形成Na2O和SnO2自限界面,有利于提高界面穩定性;后者在循環時高度穩定,從而維持離子傳輸網絡。這兩個優勢之間的協同作用使得穩定的負極界面成為可能。同時,復合材料中的NSS基體可作為“捕食者”消耗生長到SE中的Na細絲/枝晶,從而增強枝晶抑制能力。
圖2. Na||Na對稱電池在室溫下的性能
受益于上述優勢,采用NaPSO+NSS SE得到的全固態Na-S電池表現出高比容量,并且在室溫下以高電流密度(0.3C)運行超過1000次循環,這是迄今為止最好的全固態Na電池之一。這項工作中的設計策略為獲得用于先進全固態電池的高性能SE提供了一種簡便且低成本的方法。
圖3. 復合SE在全固態Na-S電池中的應用
O-Tailored Microstructure-Engineered Interface toward Advanced Room Temperature All-Solid-State Na Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202203095
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