Enhanced Interfacial Conduction in Low‐Cost NaAlCl4 Composite Solid Electrolyte for Solid‐State Sodium Batteries

材料科学 电解质 快离子导体 固态 复合数 化学工程 热传导 固溶体 复合材料 电极 物理化学 冶金 工程类 化学
作者
Erick Ruoff,Steven Kmiec,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
被引量:6
标识
DOI:10.1002/aenm.202402091
摘要

Abstract All‐solid‐state sodium batteries offer the advantage of both sustainability and safety. Solid‐state electrolytes play a key role, and an oxygen‐incorporated NaAlCl 4 composite electrolyte is presented with a high ambient‐temperature ionic conductivity of > 0.1 mS cm −1 . The electrolyte synthesized with a mechanochemical reaction consists of in situ‐formed Al 2 O 3 nanoparticles that provide enhanced conduction through an oxychloride phase at the interface. Magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy confirms the formation of Al 2 O 3 and the oxychloride phases at the interface and sheds insights into the origin of the enhanced ionic conductivity of the composite electrolyte. Additionally, simply adding Al 2 O 3 nanoparticles to NaAlCl 4 before mechanochemical synthesis is investigated, and a relationship between Al 2 O 3 surface area and composite electrolyte ionic conductivity is identified. All‐solid‐state sodium batteries assembled with the composite electrolyte demonstrate a high specific capacity of 124 mA h g −1 , clearly outperforming the baseline NaAlCl 4 electrolyte. Furthermore, X‐ray photoelectron spectroscopy is utilized to understand the origin of capacity fade and obtain insights into electrolyte decomposition products. This work provides a deeper understanding of methods for boosting the ion transport in a low‐cost halide solid electrolyte for practical viability of all‐solid‐state sodium batteries.
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