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開發高容量、長循環性和高性價比的固態鈉電池對電動汽車和大型儲能系統具有吸引力。但固態電解質-電極的差相容性和低離子傳導界面阻礙了固態鈉電池的發展。

新加坡國立大學重慶研究院呂力、王玉美等開發了一種基于鐵電效應的創新方法，來改善全固態鈉金屬電池中的電解質-電極相容性并降低正負極與復合聚合物電解質的界面電阻。

圖1 全固態NVP|CPE|Na電池中空間電荷積累和SEI形成的示意圖

為增強聚合物基電解質和電極之間的相容性，并促進界面離子傳導，作者引入了一種鐵電體薄層（K_0.5Na_0.5NbO₃，KNN）來修飾全固態復合聚合物電解質和電極之間的界面。研究顯示，精心設計和鐵電工程化的復合聚合物電解質在室溫下表現出 7.9 × 10^-5 S cm^-1的高離子電導率。

此外，鐵電工程能夠有效抑制固體電解質界面（SEI）在聚合物電解質和金屬鈉電極之間的界面生長，還可以增強離子在電解質-鐵電-正負極界面的擴散。

圖2 鐵電工程化CPE的電化學性能

實驗顯示，鐵電工程化全固態鈉金屬電池在室溫下循環165次后仍具有160.3 mAh g^–1的優異放電容量和97.4%的保留率。此外，鐵電工程化電池也具有出色的穩定性，即使在循環過程中暫停2個月，該工程化電池在180次完整充放電循環后仍能獲得86.0%的高放電容量保持率。

因此，開發高安全性、高容量和長循環能力的固態鈉金屬電池是最先進的。這種界面鐵電工程化策略可以作為一種通用方法來提高具有聚合物基電解質的各種固態電池的循環性能和穩定性。

圖3 全固態鈉金屬電池的電化學性能

Ferroelectric Engineered Electrode-Composite Polymer Electrolyte Interfaces for All-Solid-State Sodium Metal Battery. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105849

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呂力/王玉美Adv. Sci.：鐵電工程化界面實現高性能全固態鈉金屬電池

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