【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】凝膠復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(GCSEs)兼具高離子電導(dǎo)率和良好的界面相容性，在固態(tài)鈉金屬電池中具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，GCSEs中磷硅酸鋯鈉(NZSP)填料含量低和普遍存在的團(tuán)聚現(xiàn)象限制了其有效利用，顯著降低了離子傳輸效率和結(jié)構(gòu)一致性，從而影響電池的倍率特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
 

　　對(duì)此，西安交大徐友龍教授團(tuán)隊(duì)提出了一種分級(jí)“骨架優(yōu)化-原位聚合”策略來(lái)構(gòu)建高性能的GCSEs。該策略的核心是利用硅烷偶聯(lián)劑KH550對(duì)NZSP填料進(jìn)行表面功能化，改善填料在PVDF-HFP基體中的分散性。在此基礎(chǔ)上，采用非溶劑誘導(dǎo)相分離(NIPS)技術(shù)制備了三維多孔骨架，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)50 wt%的填料負(fù)載量，且不影響結(jié)構(gòu)完整性和柔韌性。隨后，該骨架和以ETPTA為交聯(lián)單體，AIBN為引發(fā)劑的傳統(tǒng)NaPF6電解液在加熱條件下原位生成交聯(lián)凝膠網(wǎng)絡(luò)。該過(guò)程有效去除了殘留溶劑，并減輕了鈉金屬界面處的副反應(yīng)，同時(shí)保持了緊密的界面接觸。所得GCSE實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1.73 mS cm-1的離子電導(dǎo)率，對(duì)稱Na||Na電池在0.1 mA cm-2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1500小時(shí)，以NVPF為正極的固態(tài)鈉金屬電池在33 C(6.40 A g-1)的高倍率下可提供接近100 mAh g-1的比容量，并在7 C倍率下循環(huán)1000次后容量保持率為82%，展現(xiàn)了優(yōu)異的快充性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)不僅顯著提升了固態(tài)鈉金屬電池的性能，而且展示了一種可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)框架，可用于構(gòu)建穩(wěn)定的、高導(dǎo)電性的電解質(zhì)，并為固態(tài)金屬電池的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的途徑。
 

　　近日，該研究成果以《通過(guò)填料表面改性和原位聚合實(shí)現(xiàn)高性能固態(tài)鈉金屬電池的分級(jí)骨架電解質(zhì)設(shè)計(jì)》(Hierarchical Skeleton-Design for High-Performance Solid-State Sodium Metal Batteries Enabled by Filler Surface Modification and In Situ Polymerization)為題發(fā)表在國(guó)際能源材料領(lǐng)域著名期刊《納米能源》(Nano Energy)上。電子學(xué)院博士生王沛峰為論文第一作者，西安交通大學(xué)電子學(xué)院徐友龍教授為論文通訊作者。西安交通大學(xué)為論文唯一通訊單位。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。論文測(cè)試表征得到了西安交通大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)和西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持。