Quaternary Ammonium Lignin Enabling High‐Na + ‐Conductivity Gel Electrolyte and NaF‐Rich SEI Toward High‐Safety Sodium Metal Batteries

电解质 材料科学 铵 电导率 化学工程 钠 离子电导率 金属 无机化学 储能 木质素 分解 快离子导体 聚合物 离子
作者
Minghui Yang,Min‐Peng Li,Wen‐Jie Shi,Hongyan Li,Zi‐Yang Gao,Hong‐Tao Xue,Mao‐Cheng Liu,Aijun Jiao,Zhenhai Fu,Yu‐Xia Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78944
摘要

ABSTRACT Sodium metal batteries (SMBs) using gel polymer electrolytes (GPEs) are considered promising candidates for low‐cost, high energy density, and high‐safety energy storage devices. However, a persistent challenge lies in simultaneously achieving high Na + conductivity of GPEs and a stable solid electrolyte interphase (SEI) on a sodium metal anode. Herein, a quaternary ammonium lignin (QAL) incorporated poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene) based GPE is designed to synergistically achieve high Na + conductivity and a stable SEI. The electron‐deficient quaternary ammonium groups of QAL strongly anchor anions and promote sodium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (NaTFSI) dissociation, achieving high Na + conductivity. Meanwhile, the π‐conjugated backbone of QAL enables efficient charge transfer from the unreacted region to the reactive site, providing sufficient charge for TFSI − anion decomposition and promoting the formation of a stable NaF‐rich SEI. As anticipated, the Na||Na symmetric batteries based on the designed GPEs demonstrate stable cycling over 5000 h, and the gel‐state Na||Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 full batteries deliver high‐capacity retention of 96.9% after 4700 cycles at 10C. The gel‐state pouch full batteries exhibit excellent stability under mechanical abuse (folding, puncture, and cutting) and over a wide temperature range (−20°C to 60°C). This work synergistically achieves high Na + conductivity and a stable NaF‐rich SEI, paving the way for the development of stable and high‐safety SMBs.
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