Interface Stability between Na3Zr2Si2PO12 Solid Electrolyte and Sodium Metal Anode for Quasi-Solid-State Sodium Battery

电解质 材料科学 阳极 阴极 法拉第效率 电化学 化学工程 钠 润湿 电池(电) 金属 无机化学 电极 化学 复合材料 冶金 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
S. Ramakumar,María Echeverria,Yan Zhang,Michel B. Armand,Montserrat Galcerán
出处
期刊:Batteries [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (1): 8-8 被引量:23
标识
DOI:10.3390/batteries9010008
摘要

Solid electrolytes are renowned for their nonflammable, dendrite-blocking qualities, which also exhibit stability over large potential windows. NASICON-type Na1+xZr2SixP3-xO12 (NZSP) is a well-known solid electrolyte material for sodium metal batteries owing to its elevated room temperature sodium-ion (Na+) conductivity and good electrochemical stability. Nevertheless, the strong electrode–electrolyte interfacial resistance restricts its implementation in sodium metal batteries and remains a significant challenge. In this work, we present an efficacious process to enhance the sodium wettability of Na3Zr2Si2PO12 by sputtering a thin gold (Au) interlayer. Our experimental investigation indicates a substantial reduction in interfacial resistance, from 2708 Ω cm2 to 146 Ω cm2, by employing a fine Au interlayer between the Na metal and the NZSP electrolyte. The symmetrical Na||NZSP||Na with a gold interlayer cell shows a steady Na stripping/plating at a high current density of 320 µA cm−2. A quasi-solid-state battery, with NaFePO4 (NFP) as a cathode, metallic sodium as an anode, and a Au-sputtered NZSP electrolyte with polypropylene (PP) soaked in electrolyte as an intermediate layer on the cathode, exhibited a discharge capacity of 100 mAh g−1 and a ~100% Coulombic efficiency at 50 μA cm−2 after the 50th charge/discharge cycle at room temperature (RT).
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