開發具有高離子導電性、良好界面相容性和與電極共形接觸的固體電解質（SE）材料對于固態鈉金屬電池（SSBs）至關重要。

在此，吉林大學杜菲和北京高壓科學研究中心唐明學、劍橋大學陸子恒等人通過兩步固相反應成功合成了一種新型三方棱柱狀晶體Na₅SmSi₄O₁₂電解質，其具有高室溫離子電導率2.9?×?10^?3?S?cm^?1和0.15?eV的低活化能。具有Na₅SmSi₄O₁₂的全固態對稱電池在0.15?mA ?h?cm^?2下具有超過800 h的優異循環壽命?，和1.4 mA ?h?cm^?2的高臨界電流密度?。

這種優異的電化學性能歸因于鈉的重復沉積和剝離過程中，電化學誘導的原位結晶到非晶（CTA）轉變從界面傳播到本體，這導致更快的離子傳輸和優異的界面性能。

圖1. 固態電池的電化學性能

具體而言，在晶格微觀應變的驅動下，Na₅SmSi₄O₁₂在Na|Na₅SmSi₄O₁₂|Na和Li|Na₅SmSi₄O₁₂|Li對稱電池循環過程中經歷非晶態轉變。一方面，接觸面積的增加大大降低了鈉金屬與電解質之間的界面電阻，促進鈉的均勻沉積。另一方面，非晶態Na₅SmSi₄O₁₂表現出各向同性離子傳輸特性，有效消除了阻擋離子晶體取向。

這一特性促進了負極界面上電流的均勻分布和均勻的金屬成核，進一步提高了固態鈉金屬電池的整體性能。因此，鈉對稱電池在0.15 mA cm^?2@1 h下表現出800 h的穩定循環性能，在 0.05 mA cm^?2@5 h (25 °C) 下表現出500 h的穩定循環性能。此外，組裝的Na|Na₅SmSi4O₁₂|Na₃V₂(PO₄)₃準固態鈉電池展現出優異的電化學性能，進一步證明了Na₅SmSi₄O₁₂電解質的實用性。

圖2. 非晶塊體材料和界面的優越性

Electrochemically induced crystalline-to-amorphization transformation in sodium samarium silicate solid electrolyte for long-lasting sodium metal batteries, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-42308-