北理王成志团队Adv. Sci.：可在-20℃下运行的固态钠金属电池！

采用无机固态电解质（SE）的固态钠金属电池（SSNMB）要实现令人满意的性能，尤其是在零下温度下，对稳定钠金属负极提出了挑战。

图1 Ca-NZSP的表征

北京理工大学王成志等通过采用一种钠超级离子导体（NASICON）NASICON 型固态电解质解决了这一难题，它使可充SSNMB能够在-20至45℃的宽温度范围内运行。具体而言，这项工作通过加入掺杂钙离子（Ca²⁺）的Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（Ca-NZSP）SE实现了这一目标，它能有效稳定钠金属负极，即使在低温条件下也能实现平滑的钠金属沉积-剥离循环。

通过对Na/Ca-NZSP/Na对称电池进行温度分辨电化学阻抗谱（TR-EIS）测试，作者观察到在45℃时，钠金属/SE界面的界面电阻仅为0.4 Ω cm²，即使在-20℃时也仅增加至＜110 Ω cm²。在对称电池上进行的恒流充放电循环实验进一步表明，在0.1 mA cm^-2条件下，钠金属沉积/剥离循环在-20至45°C的温度范围内保持稳定，且极化电压极小。

图2 对称电池性能

此外，Ca-NZSP还在-20°C的超低温度下实现了超过2000小时的稳定钠金属沉积/剥离循环，且没有出现明显的电压波动。进一步，通过使用基于Na₃V₁.₅Al₀.₅(PO₄)₃的复合正极，组装的SSNMB在-20至45°C的温度范围内实现了出色的循环性能，其在0 °C时的可逆容量为108 mAh g^-¹，经过275次充放电循环后，容量保持率超过95%。

总体而言，这项工作在降低SSNMB的工作温度阈值以涵盖极冷温度方面取得了重大突破，这使得离固态电池的实际应用更近了一步。

图3 NVAP|0.15Ca-NZSP|Na电池的性能

Rechargeable Solid-State Na-Metal Battery Operating at −20 °C. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202302774

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/09/21/3d5bed5576/

北理王成志团队Adv. Sci.：可在-20℃下运行的固态钠金属电池！

相关推荐