A Self‐Forming Composite Electrolyte for Solid‐State Sodium Battery with Ultralong Cycle Life

电解质 材料科学 离子电导率 快离子导体 电池(电) 化学工程 电导率 离子液体 复合数 离子键合 导电体 电极 阴极 电化学 离子 润湿 钠离子电池 纳米技术 超级电容器 电化学窗口 无机化学 相(物质)
作者
Zhizhen Zhang,Qinghua Zhang,Jinan Shi,Yong S. Chu,Xiqian Yu,Kaiqi Xu,Mingyuan Ge,Hanfei Yan,Wen‐Jun Li,Lin Gu,Yong‐Sheng Hu,Hong Li,Xiao‐Qing Yang,Liquan Chen,Xuejie Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (4) 被引量:365
标识
DOI:10.1002/aenm.201601196
摘要

Replacing organic liquid electrolyte with inorganic solid electrolytes (SE) can potentially address the inherent safety problems in conventional rechargeable batteries. However, solid‐state batteries (SSBs) have been plagued by the relatively low ionic conductivity of SEs and large charge‐transfer resistance between electrode and SE. Here, a new design strategy is reported for improving the ionic conductivity of SE by self‐forming a composite material. An optimized Na + ion conducting composite electrolyte derived from the Na 1+ n Zr 2 Si n P 3− n O 12 NASICON (Na Super Ionic Conductor) structure is successfully synthesized, yielding ultrahigh ionic conductivity of 3.4 mS cm −1 at 25 °C and 14 mS cm −1 at 80 °C. On the other hand, in order to enhance the charge‐transfer rate at the electrode/electrolyte interface, an interface modification strategy is demonstrated by utilization of a small amount of nonflammable and nonvolatile ionic liquid (IL) at the cathode side in SSBs. The IL acts as a wetting agent, enabling a favorable interface kinetic in SSBs. The Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 /IL/SE/Na SSB exhibits excellent cycle performance and rate capability. A specific capacity of ≈90 mA h g −1 is maintained after 10 000 cycles without capacity decay under 10 C rate at room temperature. This provides a new perspective to design fast ion conductors and fabricate long life SSBs.
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