Rapid Na+ Transport Pathway and Stable Interface Design Enabling Ultralong Life Solid‐State Sodium Metal Batteries

材料科学 接口(物质) 金属 固态 化学工程 纳米技术 工程物理 冶金 复合材料 毛细管作用 毛细管数 工程类
作者
Chang Su,Yunpeng Qu,Nai-Wen Hu,Lin Wang,Zihui Song,Mengfan Pei,Runyue Mao,Xin Jin,Dongming Liu,Xigao Jian,Fangyuan Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202418959
摘要

Abstract Sodium‐metal batteries (SMBs) using solid‐state polymer electrolytes (SPEs) show impressive superiority in energy density and safety. As promising candidates for SPEs, solid‐state plastic crystal electrolytes (SPCE) based on succinonitrile (SN) plastic crystal could achieve high ion conductivity and wide voltage window. Nonetheless, the notorious SN decomposition reaction on the electrode/electrolyte interface seriously challenges the stable operation of the battery. To address this drawback, we commence with the structural engineering of the polymer chain segments in SPCE and employ intermolecular interactions to optimize the composition of solid electrolyte interface (SEI). Moreover, this study emphasizes the importance of polymer network design in optimizing the migration behavior of sodium ions in SPCE. The assembled sodium symmetric cells display a high critical current density of up to 2.7 mA cm −2 and stable cycling performance for 700 hours at 0.5 mA cm −2 . Furthermore, the Na/SPCE‐9/Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 maintains a discharge specific capacity of up to 76.8 mAh g −1 at 10 C and shows impressive long‐cycle stability, retaining 86.2 % of initial capacity over 5000 cycles with an average coulombic efficiency of 99.9 %. Our work presents a high‐performance SPCE with intrinsic safety, providing valuable insights for the future design of solid‐state SMBs.
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