In Situ Polymerized Gel Electrolytes on Na‐Metal/Electrodes for High‐Performance Sodium‐Ion Batteries

电解质 材料科学 阳极 聚丙烯腈 电化学 多孔性 化学工程 原位聚合 电极 聚合 电化学窗口 电导率 无定形固体 相间 准固态 离子电导率 聚合物 阴极 合金 原位 陶瓷 电池(电)
作者
Debalina Deb,Sanhita Pal,Yuliia Kravets,Philipp Adelhelm,Aninda J. Bhattacharyya
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (46): e06134-e06134 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202506134
摘要

Abstract A solid sodium‐ion conducting gel polymer electrolyte (GPE) is presented, directly synthesized on the sodium‐metal/electrodes, as an alternative solid‐like electrolyte to conventional liquid and ceramic electrolytes for high‐performance sodium‐ion batteries (SIBs). The GPE is obtained via an efficient synthesis protocol, wherein a mixture of liquid electrolyte (LE) and polymer precursors (PP) is in situ polymerized inside a prefabricated porous electrospun polyacrylonitrile (PAN) membrane, stabilized on either Na‐metal or Na 3 V 2 (PO 4 ) (NVP) electrode. The membrane's high porosity allows substantially high LE (≈60 vol%) confinement within its pores, which, following the polymerization, leads to a densely packed, mechanically and thermally stable amorphous gel. The GPE exhibited high sodium‐ion conductivity (≈1 mS cm −1 ≈ LE ion conductivity) and transference number (0.63), wide electrochemical stability window (5.2 V), and excellent interfacial stability. The chemically stable GPE mitigated dendritic growth, leading to successive sodium‐stripping/plating over 100s of cycles with low overpotentials at varying current densities. While the solid–electrolyte interphase (SEI) growth on the Na‐electrode in the case of LE, studied using electrochemical impedance spectroscopy, reveals an unstable self‐similar variation of growth with time (≈1 month), the GPE exhibits a stable SEI growth over longer durations of time (≈2 months). In (Na||Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) configuration, i.e. sodium‐metal batteries (SMBs) and symmetric Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 ||Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 batteries, the GPE shows remarkable cyclability, delivering consistent performance at 1C over 500–1000 cycles at room temperature. The diversity of GPE is also demonstrated via its remarkably stable cyclability over 100s of cycles with novel Sn‐based alloy anodes, an upcoming alternative anode to hard carbons.
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