Uncoordinated chemistry enables highly conductive and stable electrolyte/filler interfaces for solid-state lithium–sulfur batteries

电解质 锂(药物) 导电体 硫黄 固态 快离子导体 化学工程 材料科学 无机化学 化学 电极 填料(材料) 复合材料 物理化学 冶金 医学 工程类 内分泌学
作者
Yanfei Zhu,Qi Zhang,Yun Zheng,Gaoran Li,Rui Gao,Zhihong Piao,Dan Luo,Runhua Gao,Mengtian Zhang,Xiao Xiao,Chuang Li,Zhoujie Lao,Jian Wang,Zhongwei Chen,Guangmin Zhou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (15) 被引量:49
标识
DOI:10.1073/pnas.2300197120
摘要

Composite-polymer-electrolytes (CPEs) embedded with advanced filler materials offer great promise for fast and preferential Li+ conduction. The filler surface chemistry determines the interaction with electrolyte molecules and thus critically regulates the Li+ behaviors at the interfaces. Herein, we probe into the role of electrolyte/filler interfaces (EFI) in CPEs and promote Li+ conduction by introducing an unsaturated coordination Prussian blue analog (UCPBA) filler. Combining scanning transmission X-ray microscope stack imaging studies and first-principle calculations, fast Li+ conduction is revealed only achievable at a chemically stable EFI, which can be established by the unsaturated Co-O coordination in UCPBA to circumvent the side reactions. Moreover, the as-exposed Lewis-acid metal centers in UCPBA efficiently attract the Lewis-base anions of Li salts, which facilitates the Li+ disassociation and enhances its transference number (tLi+). Attributed to these superiorities, the obtained CPEs realize high room-temperature ionic conductivity up to 0.36 mS cm-1 and tLi+ of 0.6, enabling an excellent cyclability of lithium metal electrodes over 4,000 h as well as remarkable capacity retention of 97.6% over 180 cycles at 0.5 C for solid-state lithium-sulfur batteries. This work highlights the crucial role of EFI chemistry in developing highly conductive CPEs and high-performance solid-state batteries.
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