A metalophilic, anion-trapped composite gel electrolyte enables highly stable electrode/electrolyte interfaces in sodium metal batteries

材料科学 电解质 阴极 阳极 溶解 化学工程 氧化物 极化(电化学) 润湿 电极 离子电导率 复合数 无机化学 复合材料 冶金 化学 工程类 物理化学
作者
Yufeng Ren,Meng Yang,Zhenhai Shi,Junhong Guo,Dongkun Chu,Fan Feng,Hongping Li,Zi‐Feng Ma,Suli Chen,Tianxi Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:61: 102909-102909 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102909
摘要

Next-generation rechargeable sodium batteries consisted of layered oxide cathode and sodium metal anode, are desired to meet future energy-storage needs with high energy density and intrinsic low cost. But the undesirable dissolution of transition-metal from layered oxide cathode and severe growth of Na dendrites in the liquid electrolyte block their practical application. Herein, to address these issues, we report a metalophilic, anion-trapped composite gel electrolyte (MACGE) that is capable of simultaneously stabilizing Na metal anode and layered oxide cathode to form stable electrode/electrolyte interfaces. The MACGE is achieved by grafting sodium alginate on one side of boron-contained polymer in-situ modified glass fiber, leading to excellent mechanical properties and high electrolyte wettability/uptake capability. The resulting MACGE shows high ionic conductivity (4.12 mS cm−1), considerable Na+ transference number (0.76), and superior interfacial compatibility. Benefiting from the unique structure and composition, the MACGE can not only selectively transfer Na+ through anion trapping effect of boron moiety, reducing interfacial polarization and suppressing dendrite growth, but also act as cathode protecting layer to effectively suppress continuous dissolution of transition-metal from the cathode through the chemical chelating interaction. As a result, the sodium metal batteries using MACGE exhibit remarkably enhanced cell performances, including excellent cycling stability with 91.5% capacity retention at 0.2 C after 200 cycles, and superior rate capability with 85.8% capacity retention at 3 C after 800 cycles.
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