Investigation of Solid Polymer Electrolytes for NASICON-Type Solid-State Symmetric Sodium-Ion Battery

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作者
Sudharshan Vasudevan,Sushmita Dwivedi,Karthick Babu Morekonda Ganesh Babu,Palani Balaya
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (38): 50736-50746 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10189
摘要

The inevitable shift toward renewable energy and electrification necessitates earth-abundant sodium reserves for next-generation Na-based energy storage technologies. By coupling the benefits of solid electrolytes over traditional nonaqueous electrolytes due to their safety hazards, solid-state sodium-ion batteries hold huge prospects in the future. This work presents a comprehensively developed solid-state sodium-ion symmetric full cell operating at room temperature enabled through a poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP)-based polymer electrolyte and modified NASICON-structured positive and negative electrodes. Among the investigated polymer electrolytes, PVDF-HFP-NaTFSI was found to outperform other counterparts by achieving a higher ionic conductivity and delivered an appreciable electrochemical stability window. By further delving into the properties of PVDF-HFP-NaTFSI, it was found to possess the least crystallinity, minimal porous structure, lowest melting point, and fusion enthalpy, indicating better ion transport than other investigated polymer electrolytes. The as-assembled solid-state battery revealed a storage capacity of 74 mAh g-1 at 0.1 C with a specific energy density of 130 Wh kgcathode_active_material-1 and demonstrated an impressive capacity retention of 84% of the initial capacity after 200 cycles. The structure and morphology retention of the cycled electrode and electrolyte through postmortem analysis bolster the electrochemo-mechanical stability of the developed solid cell. The findings reported here on polymer electrolytes persuade expedient solutions for developing ambient temperature solid-state sodium-ion batteries with promising electrochemical performance for commercialization in the near future.
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