Quasi–solid state rechargeable Na-CO 2 batteries with reduced graphene oxide Na anodes

石墨烯 氧化物 阳极 材料科学 电解质 储能 化学工程 纳米技术 电极 化学 冶金 物理化学 量子力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Xiaofei Hu,Zifan Li,Yaran Zhao,Jianchao Sun,Qing Zhao,Jianbin Wang,Zhanliang Tao,Jun Chen
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:3 (2) 被引量:210
标识
DOI:10.1126/sciadv.1602396
摘要

Na-CO2 batteries using earth-abundant Na and greenhouse gas CO2 are promising tools for mobile and stationary energy storage, but they still pose safety risks from leakage of liquid electrolyte and instability of the Na metal anode. These issues result in extremely harsh operating conditions of Na-CO2 batteries and increase the difficulty of scaling up this technology. We report the development of quasi-solid state Na-CO2 batteries with high safety using composite polymer electrolyte (CPE) and reduced graphene oxide (rGO) Na anodes. The CPE of PVDF-HFP [poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)]-4% SiO2/NaClO4-TEGDME (tetraethylene glycol dimethyl ether) has high ion conductivity (1.0 mS cm-1), robust toughness, a nonflammable matrix, and strong electrolyte-locking ability. In addition, the rGO-Na anode presents fast and nondendritic Na+ plating/stripping (5.7 to 16.5 mA cm-2). The improved kinetics and safety enable the constructed rGO-Na/CPE/CO2 batteries to successfully cycle in wide CO2 partial pressure window (5 to 100%, simulated car exhaust) and especially to run for 400 cycles at 500 mA g-1 with a fixed capacity of 1000 mA·hour g-1 in pure CO2. Furthermore, we scaled up the reversible capacity to 1.1 A·hour in pouch-type batteries (20 × 20 cm, 10 g, 232 Wh kg-1). This study makes quasi-solid state Na-CO2 batteries an attractive prospect.

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