Confining Polymer Electrolyte in MOF for Safe and High‐Performance All‐Solid‐State Sodium Metal Batteries

电解质 材料科学 化学工程 聚合物 金属 固态 聚合物电解质 化学 复合材料 电极 冶金 工程类 离子电导率 物理化学
作者
Jinfang Zhang,Yuanyuan Wang,Qingbing Xia,Xiaofeng Li,Bin Liu,Tuoping Hu,Mike Tebyetekerwa,Shengliang Hu,Ruth Knibbe,Shulei Chou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (16): e202318822-e202318822 被引量:87
标识
DOI:10.1002/anie.202318822
摘要

Abstract Nanoconfined polymer molecules exhibit profound transformations in their properties and behaviors. Here, we present the synthesis of a polymer‐in‐MOF single ion conducting solid polymer electrolyte, where polymer segments are partially confined within nanopores ZIF‐8 particles through Lewis acid‐base interactions for solid‐state sodium‐metal batteries (SSMBs). The unique nanoconfinement effectively weakens Na ion coordination with the anions, facilitating the Na ion dissociation from salt. Simultaneously, the well‐defined nanopores within ZIF‐8 particles provide oriented and ordered migration channels for Na migration. As a result, this pioneering design allows the solid polymer electrolyte to achieve a Na ion transference number of 0.87, Na ion conductivity of 4.01×10 −4 S cm −1 , and an extended electrochemical voltage window up to 4.89 V vs. Na/Na + . The assembled SSMBs (with Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 as the cathode) exhibit dendrite‐free Na‐metal deposition, promising rate capability, and stable cycling performance with 96 % capacity retention over 300 cycles. This innovative polymer‐in‐MOF design offers a compelling strategy for advancing high‐performance and safe solid‐state metal battery technologies.
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