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科學家研製出高比能全固態鈉電池 日期:2020.04.07

近日,中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊與中國科學技術大學教授餘彥團隊、中科院寧波材料技術與工程研究所研究員姚霞銀團隊合作,構築了聚合物固態電解質和正極材料的一體化集成係統,有效降低了固固界麵阻抗,顯著提高了電子、離子和電荷的傳輸效率,研製出高比能、柔性的全固態鈉電池

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    鈉資源豐富、成本低,所以鈉離子電池被認為是大規模儲能的理想器件。傳統的鈉離子電池多采用液態電解質,容易出現漏液、燃燒等問題,而使用固態鈉離子電解質取代易燃的有機液態電解液,可有效提高電池的安全性。但是,固態鈉電池的發展也存在著問題:(1)固態電解質的離子電導率低;(2)固態電解質與電極間的界麵接觸差;(3)電極材料在脫嵌鈉離子過程中的體積變化大,導致固態電池的內阻大、容量低、壽命短。因此,急需發展更加高效的解決方法來克服固態鈉離子電池中存在的各種問題,以滿足商業化應用的需求。
該團隊一方麵設計並發展了光固化聚合法,製備出一種新型聚合物固態電解質,所得電解質在室溫下的離子電導率高達10-4 S/cm,且具有極好的柔韌性;另一方麵利用溶膠凝膠法製備了薄層碳(5 nm)修飾的磷酸釩鈉正極材料,提高了材料的電子、離子和電荷的傳輸效率。在此基礎上,該團隊構築了聚合物電解質/電極材料一體化的集成係統,有效加強了固固界麵接觸,降低了電池界麵阻抗,研製出高比能、長壽命的柔性固態鈉電池。該電池可以在0.5 C倍率下穩定循環740次,且每次的容量衰減率僅為0.007%。該電池擱置3個月後,容量保留率仍高達95%,表明自放電率極低。軟包鈉電池在平鋪和彎折狀態下循環535次後,仍可提供高達355 Wh/kg的能量密度。該工作的設計策略為高比能柔性全固態鈉電池的發展和應用提供了新方向。

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