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陳立桅/沈炎賓Nano Lett.：基于體界面超離子導體的室溫全固態(tài)鈉電池

全固態(tài)鈉電池（ASSSB）由于其高安全性和豐富的鈉資源分布而成為用于電網(wǎng)規(guī)模儲能的鋰離子電池的有吸引力的替代品，其關(guān)鍵組件之一是鈉離子導電固態(tài)電解質(zhì) (SSE)。

在此，上海交通大學陳立桅教授、中科院蘇州納米所沈炎賓研究員等人在之前報道的新型有機/無機復合SSE（稱為體界面超離子導體，BISC，關(guān)鍵特征是極其豐富的界面，離子可以通過這些界面有效遷移）的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種柔性 Na⁺ BISC薄膜。

制備過程如下：首先將聚丙烯腈（PAN）聚合物溶液電紡絲，同時將氧化鋯（ZrO₂）陶瓷懸浮液電噴到樣品收集器上。然后將得到的PAN:ZrO₂復合材料滾壓成薄膜，并浸泡在高氯酸鈉（NaClO₄）的無水乙醇溶液中，然后在80 °C下真空干燥過夜得到的BISC膜為PAN/NaClO₄:ZrO₂。

圖1. ASSSB的結(jié)構(gòu)和電化學性能

研究表明，該薄膜具有機械柔性，SEM圖像顯示其具有由填充陶瓷顆粒的纖維網(wǎng)絡(luò)組成的致密結(jié)構(gòu)和約25 μm的厚度。在25 °C時，Na⁺ BISC薄膜的面離子電導高達260 mS cm^-2，這是文獻報道中的最高值之一。

作者使用Na⁺ BISC作為 SSE結(jié)合聚合物-塑料晶體基電解質(zhì)（PPCE）夾層來改善正極中的界面接觸和離子傳導，以Na_xCo_0.7Mn_0.3O₂( x≈1.0, NaCMO) 作為正極活性材料的ASSSB在室溫下表現(xiàn)出低過電位和~180次的長循環(huán)壽命。這種方法也可用于制備基于其他金屬離子，例如Mg²⁺、Al³⁺和 K⁺的全固態(tài)電池。

圖2. ASSSB電池首次循環(huán)時NaCMO晶體結(jié)構(gòu)的演變

Room-Temperature All-Solid-State Sodium Battery Based on Bulk Interfacial Superionic Conductor, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03605

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