Uncoordinated chemistry enables highly conductive and stable electrolyte/filler interfaces for solid-state lithium–sulfur batteries

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作者
Yanfei Zhu,Qi Zhang,Yun Zheng,Gaoran Li,Rui Gao,Zhihong Piao,Dan Luo,Runhua Gao,Mengtian Zhang,Xiao Xiao,Chuang Li,Zhoujie Lao,Jian Wang,Zhongwei Chen,Guangmin Zhou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (15) 被引量:22
标识
DOI:10.1073/pnas.2300197120
摘要

Composite-polymer-electrolytes (CPEs) embedded with advanced filler materials offer great promise for fast and preferential Li + conduction. The filler surface chemistry determines the interaction with electrolyte molecules and thus critically regulates the Li + behaviors at the interfaces. Herein, we probe into the role of electrolyte/filler interfaces (EFI) in CPEs and promote Li + conduction by introducing an unsaturated coordination Prussian blue analog (UCPBA) filler. Combining scanning transmission X-ray microscope stack imaging studies and first-principle calculations, fast Li + conduction is revealed only achievable at a chemically stable EFI, which can be established by the unsaturated Co–O coordination in UCPBA to circumvent the side reactions. Moreover, the as-exposed Lewis-acid metal centers in UCPBA efficiently attract the Lewis-base anions of Li salts, which facilitates the Li + disassociation and enhances its transference number (t Li + ). Attributed to these superiorities, the obtained CPEs realize high room-temperature ionic conductivity up to 0.36 mS cm −1 and t Li + of 0.6, enabling an excellent cyclability of lithium metal electrodes over 4,000 h as well as remarkable capacity retention of 97.6% over 180 cycles at 0.5 C for solid-state lithium–sulfur batteries. This work highlights the crucial role of EFI chemistry in developing highly conductive CPEs and high-performance solid-state batteries.
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