In Situ Polymerized Localized High‐Concentration Electrolytes for Ultrahigh‐Rate Sodium Metal Batteries

材料科学 电解质 原位 聚合 金属 化学工程 原位聚合 无机化学 电极 聚合物 冶金 有机化学 复合材料 物理化学 化学 工程类
作者
Xue Wang,Yuzhou Bai,Zhuoran Lv,Yuan Liu,Wujie Dong,Hui Bi,Fuqiang Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (28) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/aenm.202500887
摘要

Abstract Sodium metal batteries (SMBs) offer a promising alternative to lithium‐ion systems due to the natural abundance of sodium. Nevertheless, their practical application is hindered by challenges of sodium dendrite growth and unstable electrolyte/electrode interfaces in conventional liquid electrolytes. Here, an in situ polymerized localized high‐concentration gel electrolyte (IS‐LHCE) is presented and engineered through strategic integration of 1,3‐dioxolane as both diluent and polymer precursor. Unlike conventional approaches using inert diluents, the design establishes a polymer‐confined solvation structure that simultaneously achieves anion coordination regulation and ion transport decoupling. This unique configuration reduces Na + activation energy to 0.0379 eV, enabling exceptional ionic conductivity of 6.07 × 10 −4 S cm −1 and a wide electrochemical stability window (≈4.56 V). The in situ formed polymer network of IS‐LHCE promotes preferential anion decomposition, forming a gradient inorganic‐rich solid electrolyte interphase dominated by NaF/Na 2 S phases, which enables Na||Na symmetric batteries to achieve unprecedented cycling stability of over 1,200 h at 0.1 mA cm −2 . The Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 ||Na full batteries demonstrate record‐breaking longevity, with 90.8% capacity retention after 3,000 cycles at 10 C rate. This work presents a new paradigm in polymer electrolyte design, fundamentally resolving the longstanding trade‐offs between interfacial instability and ion transport, avoiding dendrite formation, and advances practical high‐energy‐density SMBs.
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