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同濟大學羅巍團隊AFM:低溫鈉金屬電池用準固態聚醚電解質

同濟大學羅巍團隊AFM:低溫鈉金屬電池用準固態聚醚電解質
由于鈉資源豐富,基于鈉離子化學的電池技術成為大規模儲能系統的理想選擇。特別是采用金屬鈉取代傳統的碳負極,它能以低廉的成本最大限度地提高能量密度。然而,由于鈉金屬電池(SMB)具有高反應性,其本身的穩定性較差,庫侖效率低,壽命短。并且在低溫條件下,由于無法克服的動力學障礙,這種情況會進一步惡化。
同濟大學羅巍團隊AFM:低溫鈉金屬電池用準固態聚醚電解質
在此,同濟大學羅巍教授團隊提出了一種基于1,3-二氧戊環的準固態電解質(PDGE),其中選擇三(五氟苯基)硼烷 (TPFPB) 作為 DOL 聚合的引發劑。具體來說,TPPFB 中的硼原子攻擊DOL,然后 DOL 單體通過開環反應轉化為聚合物骨架。此外,由于二甘醇二甲醚(G2)具有較高的最低未占分子軌道(LUMO),因此將其引入作為增塑劑以提高離子電導率。該凝膠電解質由聚 DOL/G2 中的 0.5 M NaPF6 組成,其離子電導率在低溫 (-20 ℃) 下高達 3.68 mS cm?1,且其Na+遷移數高達0.7。?
此外,poly-DOL鏈浸泡在G2中,形成局部高濃度的Na+,這不僅使得Na離子的去溶劑化過程變得更容易,且形成了以無機Na2O、NaF作為主要固體電解質界面(SEI)成分,PGDE和SMA之間的薄SEI抑制副反應并加速Na+界面遷移。
同濟大學羅巍團隊AFM:低溫鈉金屬電池用準固態聚醚電解質
圖1. PDGE的原位聚合反應和表征
研究表明,由于無機Na2O、NaF是固體電解質界面層(SEI)的主要成分,PGDE和鈉金屬負極之間的薄SEI會抑制副反應,加速Na+的界面遷移。因此,Na/Na3V2(PO4)3(NVP)電池在-20℃(3 C下循環1000次)時的容量保持率接近 99%,甚至優于普通液態電解質。這些結果表明,使用基于多羥基化合物的準固態電解質的 SMB 具有令人印象深刻的低溫性能??傮w而言,這項研究對在低溫條件下開發SMB具有重要意義。
同濟大學羅巍團隊AFM:低溫鈉金屬電池用準固態聚醚電解質
圖2. 不同電解質的Na/NVP電池電化學性能
A Quasi-Solid-State Polyether Electrolyte for Low-Temperature Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202304928

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