首页 > 行业资讯 > 天大化工张翠娟Chem. Mater.：调控NASICON晶相优化钠电池固态电解质/钠负极界面

天大化工张翠娟Chem. Mater.：调控NASICON晶相优化钠电池固态电解质/钠负极界面

时间：2023-10-24 来源：浏览：

天大化工张翠娟Chem. Mater.：调控NASICON晶相优化钠电池固态电解质/钠负极界面

刘惠等科学材料站

科学材料站

微信号 SCI_Materials_Hub

功能介绍科学材料站是以材料为核心，专注材料合成、表证及应用的知识分享型平台，同时致力于电池，燃料电池，电解水制氢，二氧化碳还原，材料合成与制备等科学研究，致力于为广大用户提供优质的材料、合理的解决方案

收录于合集

#钠电池 228 个

#固态电池 192 个

文章信息

调控NASICON晶相优化钠电池固态电解质/钠负极界面

第一作者：刘惠

通讯作者：张翠娟

通讯单位：天津大学

文章简介

全固态钠电池因其丰富的钠资源和安全性，被广泛认为是下一代电池中最有前途的候选者之一，然而目前其商业化主要受制于固态电解质与电极之间的界面性能较差。天津大学化工学院张翠娟团队通过调整NASICON基固态电解质的晶体结构，显著改善了NASICON/Na界面性能。通过采用Sc掺杂和调整烧结温度改变NASICON三方相和单斜相的比例。三方相NASICON具有更高的电导率，且与Na具有更好的润湿性，从而显著促进了界面离子传输，降低了界面电阻。组装的全电池Na/NASICON/Na3V2(PO4)3可在1C稳定循环>350次，表现出优异的稳定性。

本文要点

要点一： 采用Sc掺杂和调整烧结温度，获得了不同NASICON三方相和单斜相比例的NASICON电解质；Sc掺杂的NASICON（NZSSP系列）以三方相NASICON为主，且其含量随烧结温度的升高而增大，NZSSP-1150为97%，而未掺杂的NASICON （NZSP）以单斜NASICON为主，且NZSP-1150为80.2%。SEM和XPS结果表明，NZSSP与NZSP的表面微观结构和成分相似。

图1. (a)在900-1150 oC下烧结的NZSSP和NZSP的 XRD，(b-h) Rietveld精修结果，(i) 样品晶相组成

要点二： 与NZSP-1150 相比，NZSSP-1150具有更高离子电导率（3.09 vs. 0.69 mS cm ^-1 ）及更低的界面阻抗（4.7 vs. 316.4 Ω cm ² ）和更高的临界电流密度（0.85 vs. 0.1 mA cm ^-2 ），具有优异的界面性能。

图2. (a) 30 oC时Na/NZSSP/Na对称电池的EIS；(b) NASICON的σb、σt、T1瓶颈面积；(c) 界面电阻；(d) CCD测试

要点三： 粘附特性是造成不同界面特性的主要原因。三方NASICON对Na具有更大的吸附能和更小的接触角，Na更倾向于吸附在三方相晶面，这有助于更好的粘附行为，从而有利于Na的剥离/沉积过程。

图3. (a-f) Na在300 oC时与NZSSPs的润湿情况；(g) NZSSP-1150 和 (h) NZSP-1150在290oC时与Na的润湿情况

图4. (a) 100个自由Na原子在三方相和单斜相表面上的分布；(b) Na层在由两块不同晶相层构建的空腔内的能量随位置的变化；(c) 单个Na原子在不同晶相表面上的吸附能

要点四： 三方相NASICON表现出良好的倍率性能，在0.1、0.2、0.3 mA cm ^-2 可稳定循环100 h，具有良好抑制枝晶生长的能力。350 h循环后Na负极与NZSSP-1150电解质仍保持紧密接触，并有一薄层钠化界面层，表明NZSSP-1150与Na之间具有良好界面特性。

图5. (a) Na/NZSSP-1150/Na对称电池在30 oC下的倍率性能；(b) NVP(LE)/NZSSP-1150/Na 全电池在1 C、30 oC下的循环行为。全电池(c)循环前和(d)循环后NZSSP-1150和Na之间界面的截面SEM

文章链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c01922

通讯作者简介

张翠娟 副教授：本科（2007.7）和博士（2012.1）毕业于北京科技大学材料科学与工程学院，曾在卡尔加里大学（2012-2014年）和南卡罗来纳大学（2015-2016年）从事博士后研究，2017年开始在天津大学化工学院工作。以第一或通讯作者在Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Lett.、ACS Catal.、J. Catal.、Chem. Eng. J.等期刊发表论文60余篇。目前的研究方向为固态钠电池、高温CO2捕获及利用等。