Facile Design of a Soft-Tough Asymmetric Composite Electrolyte for Stable All-Solid-State Sodium Batteries

复合数 电解质 钠 材料科学 固态 化学工程 化学 纳米技术 复合材料 电极 工程类 冶金 物理化学
作者
Junhong Guo,L.E. Cai,Rui Wang,Kangle Zhou,Jiawen Zhang,Suli Chen,Tianxi Liu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (21): 8184-8192 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c02935
摘要

All-solid-state sodium metal batteries (ASSMBs) that employ solid polymer electrolytes (SPEs) are seen as a promising choice for next-generation, high-performance energy storage. Nevertheless, challenges such as sodium dendrite formation and poor interfacial stability between SPEs and electrodes significantly hinder their commercialization. Herein, we report a soft-tough asymmetric composite electrolyte (STCE), which integrates a ceramic-rich phase on the anode side and a polymer-rich phase on the cathode side via the spontaneous settlement of the metal–organic framework (MOF) in the polymer matrix. In this unique structure, the rigid MOF-rich phase adjacent to the sodium metal effectively suppresses dendrite formation, while the soft polymer-rich phase ensures intimate contact with the cathode to increase the interfacial compatibility. Consequently, the STCE achieves a high ionic conductivity of 5.23 × 10–4 S cm–1, along with significantly enhanced mechanical properties and favorable electrode/electrolyte interfaces. The Na/Na symmetric cell assembled with this STCE permits stable cycling for over 350 h with a minimal charge voltage polarization of 0.15 V, and considerable electrochemical performance is further validated in the ASSMBs. This study proposes an effective approach to designing high-performance SPEs for advanced all-solid-state batteries.
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