A Hetero‐Layered, Mechanically Reinforced, Ultra‐Lightweight Composite Polymer Electrolyte for Wide‐Temperature‐Range, Solid‐State Sodium Batteries

材料科学 电解质 聚合物 复合数 润湿 化学工程 复合材料 纳米复合材料 阳极 阴极 氧化物 离子电导率 电极 化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Tianyu Wang,Min Zhang,Kefan Zhou,Helin Wang,Ahu Shao,Liuyan Hou,Zhiqiao Wang,Xiaoyu Tang,Miao Bai,Shaowen Li,Yue Ma
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (22) 被引量:54
标识
DOI:10.1002/adfm.202215117
摘要

Abstract The practical use of polyethylene oxide polymer electrolyte in the solid‐state sodium metallic batteries (SSMBs) suffers from the retard Na + diffusion at the room temperature, mechanical fragility as well as the oxidation tendency at high voltages. Herein, a hetero‐layered composite polymeric electrolyte (CPE) is proposed to enable the simultaneous interfacial stability with the high voltage cathodes (till 4.2 V) and Na metallic anode. Being incorporated within the polymer matrix, the sand‐milled Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 nanofillers and nanocellulose scaffold collectively endow the thin‐layer (25 µm), ultralightweight (1.65 mg cm −2 ) CPE formation with an order of magnitude enhancement of the mechanical strength (13.84 MPa) and ionic conductivity (1.62 × 10 −4 S cm −1 ) as compared to the pristine polymer electrolyte, more importantly, the improved dimension stability up to 180 °C. Upon the integration of the hetero‐layered CPE with the iron hexacyanoferrate FeHCF cathode (1 mAh cm −2 ) and the Na foil, the cell model can achieve the room‐temperature cycling stability (93.73% capacity retention for 200 cycles) as well as the high temperature tolerance till 80 °C, which inspires a quantum leap toward the surface‐wetting‐agent‐free, energy‐dense, wide‐temperature‐range SSMB prototyping.
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