《AFM》：一种简单有效的方法！让这种高性能固态钠电池成为可能

随着对电动汽车和电网级储能等清洁交通工具的需求不断增加，可充电钠电池因其天然的高钠含量和与锂电池兼容的高比容量而特别有前景。使用硫基固体电解质的全固态钠电池因其优异的安全性、高能量密度和低成本而受到广泛关注。然而，界面问题是实现高性能含硫化合物基自组装固体电解质的最大挑战之一，因为活性钠金属和含硫化合物在界面上发生了严重的反应。

为了应对界面挑战，美国路易斯维尔大学等单位的研究人员提出了一种简单有效的方法，即引入相变聚合物电解质作为中间层来稳定界面。Na₃SbS₄作为一种模型硫化SE被用来证明夹层策略，通过防止有害反应和抑制钠枝晶来稳定界面。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101636

结果，在0.1 mA/cm²的电流密度下，在钠对称电池中观察到稳定的钠电镀/剥离现象。此外，含钠金属和钛酸盐电极的砷锑蓄电池在300次循环中具有长期稳定性，比容量保持在100 mA h /g以上，而FeS₂ | |Na电池在第20次循环后表现出高达200 mA h /g的可观比容量。这项研究展示了一个有效的策略来解决硫化物和钠金属之间的界面挑战，这有助于在下一代储能系统中发展亚硫酸盐型硫化物。

图1|扫描电子显微镜图像:a)表面的Na₃SbS₄  SE(冷压球粒)和b) Na₃SbS₄  SE与PPP/NaTFSI夹层。

图2|a)纯Na₃SbS₄ SE和Na₃SbS₄-PPP/ NaTFSI SE的XRD图谱和b)拉曼光谱

图3|a)室温(左，凝胶状)和60℃(右，透明液体)下的PPP相变照片。

图4| a)在0.1毫安时/平方厘米的电流密度下，钠||钠对称电池与PPP/ NaTFSI、Na₃SbS₄和Na₃SbS₄-PPP/ NaTFSI电解质的循环性能的比较。

图5|a) TiS₂||Na₃SbS₄-PPP/NaTFSI || Na电池在0.2 mV·s^-1扫描速率下的循环伏安曲线。

总之，本文展示了一种有效的相变夹层策略来解决全固态钠电池中含硫固体电解质和金属钠阳极之间的界面问题。PPP/NaTFSI夹层不仅抑制了Na阳极和Na₃SbS₄ SE之间的严重界面反应，还提供了穿过界面的连续Na⁺传输路径，从而提高了界面稳定性和电池性能。因此，钠对称电池在0.1mA/cm²的电流密度下表现出稳定的钠电镀/剥离。

此外，由钠阳极和钛酸锂电极组装而成的ASSSBs在300次循环后具有长期稳定性(比容量保持在100 mAh/g以上)，而FeS₂ | |Na电池在第20次循环后显示出高达200 mAh/g的比容量。XPS分析表明，这种中间层通过防止有害反应来稳定Na₃SbS₄/Na界面，从而成功地使ASSSBs具有优异的电化学性能。这项工作提出了一种可行的方法来解决硫化物硒和钠金属之间的界面挑战，这有助于亚硫酸盐硒作为有前途的下一代储能系统的发展。  （文：SSC）