Scalable Synthesis of Selenide Solid-State Electrolytes for Sodium-Ion Batteries

化学 电解质 离子电导率 试剂 硒化物 快离子导体 电化学 无机化学 盐变质反应 溶解 复分解 离子键合 化学工程 离子 有机化学 电极 物理化学 工程类 聚合 聚合物
作者
Saeed Ahmadi Vaselabadi,K.N. Palmer,William Hayden Smith,Colin A. Wolden
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (42): 17102-17114 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c01799
摘要

Solid-state sodium-ion batteries employing superionic solid-state electrolytes (SSEs) offer low manufacturing costs and improved safety and are considered to be a promising alternative to current Li-ion batteries. Solid-state electrolytes must have high chemical/electrochemical stability and superior ionic conductivity. In this work, we employed precursor and solvent engineering to design scalable and cost-efficient solution routes to produce air-stable sodium selenoantimonate (Na3SbSe4). First, a simple metathesis route is demonstrated for the production of the Sb2Se3 precursor that is subsequently used to form ternary Na3SbSe4 through two different routes: alcohol-mediated redox and alkahest amine-thiol approaches. In the former, the electrolyte was successfully synthesized in EtOH by using a similar redox solution coupled with Sb2Se3, Se, and NaOH as a basic reagent. In the alkahest approach, an amine-thiol solvent mixture is utilized for the dissolution of elemental Se and Na and further reaction with the binary precursor to obtain Na3SbSe4. Both routes produced electrolytes with room temperature ionic conductivity (∼0.2 mS cm-1) on par with reported performance from other conventional thermo-mechanical routes. These novel solution-phase approaches showcase the diversity and application of wet chemistry in producing selenide-based electrolytes for all-solid-state sodium batteries.
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