Regulation of Carrier Transport at Grain Boundaries of Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 Solid Electrolyte with Ionic Conductor Filler for Superior Solid‐State Sodium Batteries

材料科学 电解质 离子电导率 成核 晶界 离子键合 化学工程 快离子导体 电导率 离子 离子运输机 导线 半电池 电流密度 工作(物理) 储能 活化能 透射电子显微镜 导电体 相(物质) 无机化学 功率密度
作者
Bai Xinyu,Yanhong Meng,Hongming Chen,Dan Zhou,LI Zhen-fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202519793
摘要

Abstract Solid‐state sodium‐metal batteries (SSSMBs) have attracted great attention as a promising next‐generation power source due to their low cost, excellent safety, and high energy density. However, the inefficient transmission of Na + and poor cycling stability remain crucial challenges that need to be settled. Herein, the ionic conductor of Na 3 AlF 6 (NAF) is employed to fill grain boundaries (GBs) to regulate the carrier transport in the solid electrolyte (SE) of Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 . The injection of NAF can construct a 3D ion transport network at GBs to reduce the energy barrier for ion transport and simultaneously block electron transport, thereby inhibiting the nucleation and growth of Na filaments within the electrolyte and at the interface with the sodium anode. For the optimized SE, it suggests a high ionic conductivity of 1.08 × 10 −3 S cm −1 and a large critical current density of 1.05 mA cm −2 . Furthermore, the assembled sodium symmetric cell can deliver an ultra‐long cycle life of more than 8000 h at 0.1 mA cm −2 , and the full cell is able to operate stably with a high capacity retention of 91.3% after 400 cycles at 0.5 C. This work may offer an appealing route to design the GBs of SE for high‐performance SSSMBs.
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