New-type Hf-based NASICON electrolyte for solid-state Na-ion batteries with superior long-cycling stability and rate capability

电解质 材料科学 快离子导体 电导率 离子电导率 离子 相间 化学工程 电化学 电流密度 分析化学(期刊) 电极 化学 色谱法 有机化学 物理化学 工程类 生物 遗传学 物理 量子力学
作者
Haoqing Tian,Shan Liu,Lijun Deng,Ling Wang,Lei Dai
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:39: 232-238 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.026
摘要

The NASICON electrolyte with good chemical stability, suitable three-dimensional ion channel, high mechanical strength and wide electrochemical window, has been considered to be the one of most promising electrolytes for solid-state Na-ion batteries. However, the unsatisfactory ionic conductivity and large interface resistance severely limit its practical application. Herein, a new-type Hf-based NASICON electrolyte Na3.2Hf1.9Ca0.1Si2PO12 is synthesized, the conductivity of which can reach 1.07 × 10−3 S cm−1 at room temperature and the stability electrochemical window can reach 8.80 V. In addition, a mixed-ion-electron interphase was constructed on the surface of Na3.2Hf1.9Ca0.1Si2PO12 which can guarantee a close contact and fast charge transfer between sodium and the electrolyte. The batteries with this new-type electrolyte can cycle stably more than 2400 h at room temperature and the critical current density can reach 1.9 mA cm−2. Even the current density reaches 2.0 mA cm−2, there was still no obvious short circuit, which was the highest value in similar works. The full cell of Na/Na3V2(PO4)3 with this electrolyte can maintain a capacity of 103.1 mAh g−1 at 0.5 C without capacity decaying even after more than 300 cycles.

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