曲良体/赵扬/赵永杰Small: 实现稳定全固态钠电池的固体电解质晶界设计

先进的无机固体电解质（SE）对于具有高安全性和高能量密度的全固态碱金属电池至关重要。全固态钠金属电池（ASSMBs）正面临着电极和SE之间严重的界面问题的挑战。金属钠与SE的相容性差是关键问题之一，导致界面电阻大和钠电镀/剥离循环劣化。

在此，清华大学曲良体教授及北京理工大学赵扬研究员、赵永杰副教授等人提出了一种新的界面设计，以解决针对ASSMB紧迫的界面稳定性问题。

通过对掺Mg²⁺的Na₃Zr₂Si₂PO₂导体（简称NZSP-xMg）的晶界相进行调控，引入了有利的Na_3-2δMg_δPO₄主界面相，促进了NZSP-xMg与金属Na的致密接触，并起到了电子屏障的作用，抑制了Na金属枝晶向电解质块体的渗透。

图1. NZSP-0.2Mg电解质与钠金属负极的界面分析

因此，优化的NZSP-0.2Mg电解质具有较低的界面电阻，室温下为93 Ω cm^-2，比Na₃Zr₂Si₂PO₂小16倍以上。具有较小极化的镀钠/剥离在0.3 mA cm^-2下能保持290天（7000 h）以上，代表了目前用于ASSMBs的SE最高循环稳定性。

组装的全固态NaCrO₂//Na电池在1 C下循环1755次容量达到110 mA g^-1且几乎没有容量衰减。同时在5 C下实现了优异的倍率性能，库仑效率高达99.8%，因此在固态电化学储能系统中具有广阔的应用前景。

图2. 固态NaCrO₂ /NZSP-0.2Mg/Na电池的电化学性能

Grain Boundary Design of Solid Electrolyte Actualizing Stable All-Solid-State Sodium Batteries, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103819