大連化物所吳忠帥研究員團隊AEM:研製出高室溫離子電導率的光聚合凝膠電解質並用於固態鈉金屬電池

2021-02-08 高分子科技

近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠帥研究員團隊發展了一種高室溫離子電導率的光聚合凝膠準固態電解質，表現出優異室溫離子電導率、寬電化學窗口和出色的柔韌性，並以此構築出高比能、高倍率、長循環性能的鈉金屬電池。

鈉元素具有與鋰相似的特性，因其含量豐富、分布廣泛，使得鈉離子電池成為一種極具競爭力的電化學儲能器件。由於Na+半徑大於Li+，所以鋰離子電池中常規使用的石墨負極的插層反應不適用於鈉離子電池。在眾多研究負極材料中，鈉金屬負極具有高理論容量（1165 mAh/g）和低氧化還原電勢（-2.71V vs. 標準氫電勢），被視為開發高輸出電壓和能量密度的鈉離子電池的理想負極材料。但是，有機電解質系統中的鈉金屬電池仍然存在嚴重的安全問題，如電解質洩漏和鈉枝晶形成，大大抑制了其實際應用。

本工作中，該團隊通過光聚合策略製備出一種新型的高離子電導率聚合物，即乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）基準固態電解質，並以此構建出高能量密度、高倍率、長循環固態鈉金屬電池。所製備的準固態電解質表現出極高的室溫離子電導率1.2 mS/cm，以及寬電化學窗口4.7V（vs. Na+/Na），並有效地抑制了鈉枝晶的生長；將其應用於鈉金屬電池，表現出出色的倍率性能和長期循環穩定性，在15C時可保持55 mAh/g的可逆放電容量；在5C的倍率下循環1000次，仍可保持97％的容量。另外，所獲得鈉金屬軟包電池也表現出優異的穩定性、柔韌性和安全性能。該工作為發展室溫高能密度柔性固態鈉金屬電池提供了新方向。

相關研究成果發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到國家重點研發計劃、中科院潔淨能源創新研究院等項目的資助。

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