具有高离子电导率和稳定性的全稳态钠离子电池的固体电解质

概述：

Toyohashi技术大学电气和电子信息工程系的研究团队开发了氯（CL）替代NA₃SBS₄固体电解质用于全稳态钠（NA）离子电池。与没有CL取代的样品相比，Na的离子电导率₃SBS₄固体电解质，其中硫（S）用Cl的CL部分取代了多达三倍。团队还证明了CL取代的NA₃SBS₄具有一个晶体结构框架，使NA离子在三个维度上移动更容易，他们发现CL替代表现出具有NA金属阳极的稳定性。

细节：

由于对大规模储能的需求增加，因此使用低成本和丰富可用的NA资源对全稳态钠（NA）离子电池进行研究正在加速。为了在实际应用中使用全稳态的NA-ion电池，必须在室温下开发具有高离子电导率的固体电解质。在各种NA固体电解质中，NA₃SBS₄固体电解质的电导率高1 ms cm-¹或在室温下更高，因此在世界范围内进行了广泛的研究。但是，为了达到高电导率，通过球铣削需要后处理，并且通过更简单的合成过程实现高离子电导率是有问题的。

因此，研究小组使用了适合质量生产的液相合成方法来开发CL取代的Na₃SBS₄固体电解质。通过在Na中部分取代S₃SBS₄用CL的固体电解质，它们在室温下将离子电导率提高了三倍（0.9 ms cm-¹）与没有取代的样品相比（0.3 ms cm-¹）。同样，他们可视化离子传导途径，以阐明由于CL替代而发生的结构变化对传导特性的影响。结果，他们证明了在Na中部分取代S₃SBS₄CL导致Na离子与S（或CL）的局部键合松散，形成了Na和S（或Cl）之间弱静电相互作用的晶体结构框架，并促进离子扩散，尤其是沿晶体学C轴。CL取代的离子电导率增加是由具有三维离子扩散途径的晶体结构的形成引起的。

此外，团队发现CL取代的NA₃SBS₄与没有CL取代的样品相比，固体电解质与Na金属阳极相比表现出较高的稳定性。他们证明，这种电化学稳定性的改善与阳极和固体电解质之间的界面电阻的降低有关，并且重CL掺杂有效地改善了阳极的稳定性。

未来前景：

研究团队发现了一个重要的设计原理，用于开发具有理想特性的理想固体电解质，例如高离子电导率和出色的电化学稳定性。他们认为，这项研究的固体电解质可以与液相涂料技术结合使用，以实现高存储容量和稳定的全稳态NA-VITAINE。

参考：

Hirotada Gamo，Nguyen Huu Huy Phuc，Hiroyuki Muto和Atsunori Matsuda用Cl代替S对Na的结构和电化学特性的影响₃SBS₄固体电解质，ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩，（2021）。doi.org/10.1021/acsaem.1c00927

资源：https://www.tut.ac.jp/english/