Chlorine-Rich Na6−xPS5−xCl1+x: A Promising Sodium Solid Electrolyte for All-Solid-State Sodium Batteries

电解质 快离子导体 固态 材料科学 无机化学 化学 废物管理 有机化学 工程类 物理化学 电极
作者
Yi Zhang,Haoran Zheng,Jiale You,Hongyang Zhao,Abdul Jabbar Khan,Ling Gao,Guowei Zhao
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:17 (9): 1980-1980 被引量:5
标识
DOI:10.3390/ma17091980
摘要

Developing argyrodite-type, chlorine-rich, sodium-ion, solid-state electrolytes with high conductivity is a long-term challenge that is crucial for the advancement of all-solid-state batteries (ASSBs). In this study, chlorine-rich, argyrodite-type Na6−xPS5−xCl1+x solid solutions were successfully developed with a solid solution formation range of 0 ≤ x ≤ 0.5. Na5.5PS4.5Cl1.5 (x = 0.5), displaying a highest ionic conductivity of 1.2 × 10−3 S/cm at 25 °C, which is more than a hundred times higher than that of Na6PS5Cl. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy results demonstrated that the rich chlorine significantly enhanced the ionic conductivity and electrochemical stability, in addition to causing a reduction in activation energy. The Na5.5PS4.5Cl1.5 composite also showed the characteristics of a pure ionic conductor without electronic conductivity. Finally, the viability of Na5.5PS4.5Cl1.5 as a sodium electrolyte for all-solid-state sodium batteries was checked in a lab-scale ASSB, showing stable battery performance. This study not only demonstrates new composites of sodium-ionic, solid-state electrolytes with relatively high conductivity but also provides an anion-modulation strategy to enhance the ionic conductivity of argyrodite-type sodium solid-state ionic conductors.
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