Low‐Temperature Sodium–Sulfur Batteries Enabled by Ionic Liquid in Localized High Concentration Electrolytes

溶剂化 材料科学 电解质 离子液体 过电位 化学物理 离子键合 化学工程 离子电导率 溶剂 离子 纳米技术 电化学 冶金 有机化学 电极 物理化学 催化作用 化学 工程类
作者
Dong Guo,Jiaao Wang,Zehao Cui,Zixiong Shi,Graeme Henkelman,Husam N. Alshareef,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (51) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202409494
摘要

Abstract Low ionic migration and compromised interfacial stability pose challenges for low‐temperature batteries. In this work, we discovered that even with the state‐of‐the‐art localized high‐concentration electrolytes (LHCEs), uncontrolled Na electrodeposition occurs with a huge overpotential of >1.2 V at −20 °C, leading to cell failure within tens of hours. To address this, we introduce a new electrolyte category that incorporates an ionic liquid as a key solvation species. Diverging from traditional LHCEs, the IL‐tailored LHCE facilitates an anion–solvent‐molecules exchange within the solvation sheath between Na + and organic cations at low temperatures. This behavior reduces solvation cluster size and strengthens Na + –anion coordination, which proves instrumental in enabling fast ionic dynamics in both the bulk liquid and at the interface. Therefore, durable Na electrodeposition and shuttle‐free, 0.5 Ah sodium–sulfur pouch cells are achieved at −20 °C, for the first time, surpassing the limitations of typical LHCEs. This tailoring strategy opens a new design direction for advanced batteries operating in fast‐charge and wide‐temperature scenarios.
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