Electrochemically induced crystalline-to-amorphization transformation in sodium samarium silicate solid electrolyte for long-lasting sodium metal batteries

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作者
Ge Sun,Chenjie Lou,Boqian Yi,Wanqing Jia,Zhixuan Wei,Shiyu Yao,Ziheng Lu,Gang Chen,Zexiang Shen,Mingxue Tang,Fei Du
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:23
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42308-0
摘要

Exploiting solid electrolyte (SE) materials with high ionic conductivity, good interfacial compatibility, and conformal contact with electrodes is essential for solid-state sodium metal batteries (SSBs). Here we report a crystalline Na5SmSi4O12 SE which features high room-temperature ionic conductivity of 2.9 × 10-3 S cm-1 and a low activation energy of 0.15 eV. All-solid-state symmetric cell with Na5SmSi4O12 delivers excellent cycling life over 800 h at 0.15 mA h cm-2 and a high critical current density of 1.4 mA cm-2. Such excellent electrochemical performance is attributed to an electrochemically induced in-situ crystalline-to-amorphous (CTA) transformation propagating from the interface to the bulk during repeated deposition and stripping of sodium, which leads to faster ionic transport and superior interfacial properties. Impressively, the Na|Na5SmSi4O12|Na3V2(PO4)3 sodium metal batteries achieve a remarkable cycling performance over 4000 cycles (6 months) with no capacity loss. These results not only identify Na5SmSi4O12 as a promising SE but also emphasize the potential of the CTA transition as a promising mechanism towards long-lasting SSBs.

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