中国科学院开发出空气稳定和低成本的氟氯协同固态电解质及其固态钠电池

在25℃下离子电导率高达4.31 x 10^-5 S/cm，在40℃下突破10^-4 S/cm。基于该氟基电解质和FeF₃的双重氟化全电池可以提供461 mAh/g的高容量，并在280次循环中显现出良好的转换反应循环性。相关成果以“Liquid Metal Mediated Heterostructure Fluoride Solid Electrolytes of High Conductivity and Air Stability for Sustainable Na Metal Batteries” 为题发表于ACS Nano 18, 5790-5804, 2024。

该团队也利用具有可塑性和低熔点的氯化物共融体NaCl-1.1AlCl₃ (NA)渗透Na₃GaF₆ (NGF)的晶界，合成了一种异质型卤化物电解质NA@NGF，其特征是开放框架结构的NGF与外层熔盐依靠Ga-Cl接枝组成外氯内氟的梯度分级结构。氯化物柔化NGF的边缘并填补了NGF晶粒之间的空隙，实现氟化物和卤化物体系之间的优势互补。以NaAlCl₄为主的熔盐腐蚀层增强了NGF晶界处钠离子的迁移能力，优化后的复合电解质具有2.45×10^-5 S/cm的室温离子电导率，在60℃下离子电导率达到2.7 x 10^-4 S/cm。当与钠金属接触时触发自我保护机制，由此形成的富含刚性无机NaCl和高导电NaAl₃的稳定SEI，有助于对称电池的平稳沉积/剥离操作。该钠离子固态电解质成功驱动了层状正极和氟化铁转换正极的运行，基于FeF₃的全电池可以提供308 mAh/g的高容量，并在100圈内显现良好的转换反应可逆性。相关成果以“Heterostructured fluoride-based solid electrolytes engineered by grain boundary softening and bonding for sustainable Na metal batteries” 为题发表于Energy Storage Mater. 73, 103795, 2024。

上述工作第一作者是上海硅酸盐所在读博士生余期捷，通讯作者是上海硅酸盐所李驰麟研究员、胡九林副研究员和温州大学陈双强教授，相关研究工作得到了国家自然科学基金和上海市科委等项目的资助和支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202425503

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c12256

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103795

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