Toward High‐Performance, Flexible, Photo‐Assisted All‐Solid‐State Sodium‐Metal Batteries: Screening of Solid‐Polymer‐Based Electrolytes Coupled with Photoelectrochemical Storage Cathodes

材料科学 电解质 储能 阴极 化学工程 纳米技术 氧化物 电化学 快离子导体 电极 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 量子力学 化学 冶金
作者
Ronghao Wang,Yu‐Zhen Zhang,Weiyi Wang,Jiahao Ni,Wei Hu,Liang Yu,Wan‐Qun Zhang,Gang Pei,Shangfeng Yang,Lifeng Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (13): e2500348-e2500348 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adma.202500348
摘要

Abstract The advancement of photo‐assisted rechargeable sodium‐metal batteries with high energy efficiency, lightweight structure, and simplified design is crucial for the growing demand in portable electronics. However, addressing the intrinsic safety concerns of liquid electrolytes and the sluggish reaction kinetics in existing photoelectrochemical storage cathodes (PSCs) remains a significant challenge. In this work, functionalized light‐driven composite solid electrolyte (CSE) fillers are systematically screened, and optimized PSC materials are employed to construct advanced photo‐assisted solid‐state sodium‐metal battery (PSSMB). To further enhance the mechanical properties and poly(ethylene oxide) compatibility of the CSE, natural lignocellulose is incorporated, enabling the fabrication of flexible PSSMBs. In situ tests and density functional theory calculations reveal that the light‐driven electric field facilitated sodium salt dissociation, reduced interfacial resistance, and improved ionic conductivity (0.1 mS cm −1 ). Meanwhile, energy‐level matching of the PSC maximized the utilization of photogenerated carriers, accelerating reaction kinetics and enhancing interface compatibility between the electrolyte and cathode. The resulting flexible pouch‐type PSSMB demonstrates a remarkable discharge capacity of 117 mAh g −1 and outstanding long‐term cycling stability, retaining 89.1% of its capacity and achieving an energy storage efficiency of 96.8% after 300 cycles at 1 C. This study highlights a versatile strategy for advancing safe, high‐performance solid‐state batteries.
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