Oxygen-regulated spontaneous solid electrolyte interphase enabling ultra-stable solid-state Na metal batteries

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作者
Keshuang Cao,Yufan Xia,Haosheng Li,Huiqin Huang,Sikandar Iqbal,Muhammad N. Yousaf,Ben Bin Xu,Wenping Sun,Mi Yan,Hongge Pan,Yinzhu Jiang
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:69 (1): 49-58 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.11.017
摘要

Solid-state sodium metal batteries utilizing inorganic solid electrolytes (SEs) hold immense potentials such as intrinsical safety, high energy density, and environmental sustainability. However, the interfacial inhomogeneity/instability at the anode-SE interface usually triggers the penetration of sodium dendrites into the electrolyte, leading to short circuit and battery failure. Herein, confronting with the original nonuniform and high-resistance solid electrolyte interphase (SEI) at the Na-Na3Zr2Si2PO12 interface, an oxygen-regulated SEI innovative approach is proposed to enhance the cycling stability of anode-SEs interface, through a spontaneous reaction between the metallic sodium (containing trace amounts of oxygen) and the Na3Zr2Si2PO12 SE. The oxygen-regulated spontaneous SEI is thin, uniform, and kinetically stable to facilitate homogenous interfacial Na+ transportation. Benefitting from the optimized SEI, the assembled symmetric cell exhibits an ultra-stable sodium plating/stripping cycle for over 6600 h under a practical capacity of 3 mAh cm−2. Quasi-solid-state batteries with Na3V2(PO4)3 cathode deliver excellent cyclability over 500 cycles at a rate of 0.5 C with a high capacity retention of 95.4%. This oxygen-regulated SEI strategy may offer a potential avenue for the future development of high-energy-density solid-state metal batteries.
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