A step-channel gel polymer electrolyte for solid-state sodium batteries

材料科学 阴极 电解质 聚合物 化学工程 碳酸丙烯酯 锂(药物) 吸附 粘弹性 能量密度 乙醚 阳极 电极 储能 金属锂 悬挂(拓扑)
作者
Xiaoniu Guo,Shuai Guo,Shaohua Ge,Longfei Wen,Zhichao Gong,Yi Yang,Junyu Li,Ruixue Wang,Zhengkun Xie,Jiyu Zhang,Jun Luo,Jianqiang Kang,Lingfei Zhao,J J Lu,Junhua Shao,W G Chen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nsr/nwag291
摘要

Abstract Gel polymer electrolytes (GPEs) paired with abundant sodium (Na) and high-voltage polyanion cathode, offer improved energy density and superior safety, positioning them as scalable candidates for resource-limited lithium batteries. However, such technologies are plagued by critical interfacial engineering challenges: existing GPEs fail to sustain (electro)-chemical stability and mechanical close contact at high-loading cathode and high-reactive anode. Here, we report a rationally-engineered GPE featuring biphasic polymer, creating step channels and polymer-solvent dipole adsorption to address the key issues. The volume-constrained bidirectional transport of infilling linear ether and cyclic carbonate solvents and differential polymer mechanical viscoelasticity bearing high-loading cathode and ductile Na anode. Therefore, a high-energy-density full cell of Na||Na3V2(PO4)3 (34.1 mg cmcathode−2, 194.4 Wh kg−1, based on total cell mass) and a stable pouch cell of 4.5 V-class Na||Na2.466Fe1.724Mg0.043(SO4)3 (18.7 mg cmcathode−2, ~100% after 100 cycles) were demonstrated, with safety validation included. The design principles were established for this new chemical engineering pathway towards practical solid-state batteries.
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