Towards stable sodium metal battery with high voltage output through dual electrolyte design

电解质 分离器(采油) 材料科学 阴极 化学工程 电化学 电极 电气工程 热力学 工程类 物理化学 化学 物理
作者
Ming Zhu,Xiaoyang Zheng,Lulu Li,Xiaolong Zhu,Zhongyi Huang,Guanyao Wang,Yuanjun Zhang,Haoxuan Liu,Fangfang Yu,Liaoyong Wen,Huan Liu,Shi Xue Dou,Chao Wu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:48: 466-474 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.03.040
摘要

The application of sodium metal batteries (SMBs) is hindered by the notable challenges of side reactions between electrolyte and Na as well as the growth of Na dendrites. Herein, we report that a unique design of dual electrolytes within double separators, namely lean diglyme-based electrolyte hosted by the polypropylene separator together with sulfolane-based electrolyte hosted by the glass fiber separator (denoted as [email protected]/[email protected]), can effectively prevent Na dendrite growth and suppress side reactions. [email protected]/[email protected] ingeniously combines the advantages of D-e and S-e by using their wettability difference on separators. Finite element method (FEM) simulations and in-situ optical microscopy reveal that the [email protected] layer promotes uniform deposition and significantly reduces side reactions. The [email protected] layer can be paired with high voltage cathodes. [email protected]/[email protected] enables a high CE of Na plating/stripping as high as 97.22% over 560 cycles at 0.5 mAh cm−2 and ultra-long cycle life of more than 1900 h at 1 mAh cm−2 in Na||Na symmetric cell. Furthermore, this design also demonstrates excellent cycling stability of full cells using Na3V2(PO4) (NVP) and Prussian Blue (PB) as cathodes. The unique design of dual electrolytes within double separators provides a new and promising avenue to develop high-performance SMBs.
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