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北理&中大Nano Energy：全固態鈉金屬電池Na/Na3Zr2Si2PO12界面的均勻Na+遷移動力學

金屬鈉/固態電解質（尤其是氧化物基電解質）界面的不穩定性和高電阻仍然是全固態鈉電池面臨的挑戰。

北京理工大學Chengzhi Wang、中山大學Yejing Dai等人提出了一種晶界工程策略來穩定Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂界面，并提高界面處鈉離子轉移的能力。

Na₃Zr₂Si₂PO₁₂晶界處的化學成分是通過添加燒結添加劑Na₂B₄O₇來調節的，以促進在相對較低的溫度下致密化燒結并促進鈉離子跨晶界遷移。Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇在室溫下表現出1.72 mS cm^-1的最佳電導率，相應的對稱鈉電池在室溫和0.3 mA cm-²的電流密度下表現出超過2500小時的超穩定鈉沉積/剝離循環。

分析表明，電解液和金屬Na之間形成了動力學穩定的界面，將界面電阻從 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂的90 ohm cm²降低到Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇的36 ohm cm²。在逐步變化的溫度下的循環再次證實了Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇界面的超穩定性。基于Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇的全固態電池表現出超過200次循環的優異循環性能，且容量衰減有限。

圖1 Na/NZSP-10NBO/Na對稱電池的電化學性能

圖2 全固態鈉電池在室溫下的電化學性能

Homogeneous Na+ transfer dynamic at Na/Na3Zr2Si2PO12 Interface for All Solid-State Sodium Metal Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106293

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