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北理&中大Nano Energy：全固態(tài)鈉金屬電池Na/Na3Zr2Si2PO12界面的均勻Na+遷移動(dòng)力學(xué)

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

北京理工大學(xué)Chengzhi Wang、中山大學(xué)Yejing Dai等人提出了一種晶界工程策略來(lái)穩(wěn)定Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂界面，并提高界面處鈉離子轉(zhuǎn)移的能力。

Na₃Zr₂Si₂PO₁₂晶界處的化學(xué)成分是通過(guò)添加燒結(jié)添加劑Na₂B₄O₇來(lái)調(diào)節(jié)的，以促進(jìn)在相對(duì)較低的溫度下致密化燒結(jié)并促進(jìn)鈉離子跨晶界遷移。Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇在室溫下表現(xiàn)出1.72 mS cm^-1的最佳電導(dǎo)率，相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)鈉電池在室溫和0.3 mA cm-²的電流密度下表現(xiàn)出超過(guò)2500小時(shí)的超穩(wěn)定鈉沉積/剝離循環(huán)。

分析表明，電解液和金屬Na之間形成了動(dòng)力學(xué)穩(wěn)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(huán)再次證實(shí)了Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇界面的超穩(wěn)定性。基于Na/Na₃Zr₂Si₂PO₁₂-10wt% Na₂B4O₇的全固態(tài)電池表現(xiàn)出超過(guò)200次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)性能，且容量衰減有限。

圖1 Na/NZSP-10NBO/Na對(duì)稱(chēng)電池的電化學(xué)性能

圖2 全固態(tài)鈉電池在室溫下的電化學(xué)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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