通讯作者:周豪慎
通讯单位:南京大学、日本筑波大学
周豪慎,男,南京大学现代工程与应用科学学院 长江讲座教授,日本国立东京大学特任教授,日本国立产业技术综合研究所(AIST)首席研究员。论文速览
开发无负极电池是追求高能量密度和安全性的最终目标。由于钠(Na)基电池固有的低能量密度和由高活性Na金属负极引起的安全问题,对其改进更为迫切。然而,没有一种电解质能够满足构建稳定的无负极钠电池所需的Na沉积/剥离库仑效率(CE),同时在高电压下抵抗氧化分解。
本论文提出了一种新型的“液态-固态”电解质设计策略,通过离子交换技术打通含Na分子筛的Na离子传输通道,并在分子筛的纳米孔和空隙中限制聚合液态醚电解质。这种设计不仅继承了固态分子筛电解质的高电压稳定性,而且保留了液态醚电解质的超高库仑效率(99.84%)。 当应用于4.25 V级的无负极钠电池时,可实现高达412 Wh kg-1的超高能量密度,与现有的石墨||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2锂离子电池相媲美。此外,组装的无负极软包电池展现出优异的循环稳定性,在370次循环后容量保持率高达89.2%。
图文导读
图1:Na-SSZE的制备过程、微观结构、离子传输机制以及其离子导电性能的测试结果。 图2:Na-SSZE在高电压正极材料上的稳定性,以及循环后正极材料表面形成的稳定且薄的CEI层。 图3:Na-SSZE在Na金属负极上的可逆性。 图4:无负极软包电池的电化学性能。总结展望
本研究成功开发了一种新型的“液态-固态”电解质,为高电压无负极Na电池提供了一种安全、高效的能源存储解决方案。通过离子交换技术优化的分子筛电解质,不仅提高了电池的能量密度,还显著提升了电池的循环稳定性和安全性。本工作为未来无负极电池的发展提供了重要的材料和概念创新,有望推动大规模储能技术的进步。
文献信息
标题:A “liquid-in-solid” electrolyte for high-voltage anode-free rechargeable sodium batteries
期刊:Advanced Materials