Adaptive Piezoelectric Grain Boundaries Enabling Dendrite‐Free Solid‐State Sodium Metal Batteries

材料科学 电解质 晶界 压电 阴极 钠 微观结构 离子电导率 陶瓷 电导率 化学工程 储能 快离子导体 极化(电化学) 铁电性 相界 金属 相(物质) 复合材料 电流密度 电化学 空间电荷 导电体 不稳定性 纳米技术 光电子学 化学物理 晶粒生长 离子液体 沉积(地质)
作者
Runqing Miao,Chengzhi Wang,Shuaishuai Yang,L Chen,N Li,J D Li,Y W Su,Haibo Jin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (50) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.76033
摘要

ABSTRACT Solid‐state sodium batteries are a key direction for energy storage due to their cost‐effectiveness and high safety. NASICON‐based ceramic electrolytes, particularly Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 (NZSP), hold great promise because of their high ionic conductivity. However, severe dendrite growth and interfacial instability hinder the application of NASICON‐based electrolytes in solid‐state sodium batteries. In this work, we propose an adaptive grain boundary engineering strategy by introducing a ferroelectric NaNbO 3 (NN) second phase into the NZSP matrix. This approach not only densifies the microstructure but also regulates interfacial ion transport dynamics. Specifically, the spontaneous polarization of the ferroelectric NN phase establishes a localized space charge layer, effectively enhancing grain boundary conductivity and reducing the activation energy. Furthermore, a unique dynamic piezoelectric self‐regulation mechanism modulates Na + flux, transforming disordered deposition into a uniform coating. Consequently, the symmetric sodium cell achieves a high critical current density of 2.00 mA cm −2 and stable cycling for over 3370 h at 0.1 mA cm −2 . Moreover, quasi‐solid‐state sodium batteries with an NVP cathode demonstrate exceptional cycling stability and rate performance, realizing 90.75% capacity retention after 848 cycles at 2 C. This research provides novel insights into electrolyte design for high‐performance quasi‐solid‐state sodium metal batteries.
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