具有高离子电导率的新型钠固体电解质

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        绿色可再生能源,例如太阳能和风能,受大自然条件的影响具有间歇性和不可控性的因素,需要大型电池作为储能装置。在众多化学储能技术中,全固态钠电池非常适用于电力系统储能等大型储能领域,这是因为除了丰富的钠储量,全固态电池中使用的固体电解质具有高的安全性、宽的电化学窗口、大的使用温度区间、以及可层叠串联制备大电压单体电池等独特优势。然而,目前钠固体电解质的离子电导率不尽人意,成为限制全固态钠电池发展的主要因素之一。

       从材料设计和制备方面考虑,可以通过下述几个方面提高离子电导率:(1)优化现有材料的结构框架所形成的离子迁移通道,使其更适合具有大离子半径的钠离子传导;(2)降低形成迁移通道的阴离子骨架对钠离子的束缚力;(3)改变材料结构中的间隙离子或空位,提高可移动的离子浓度;(4)减小材料的界面电阻。基于上述分析,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室张隆博士及其合作者合成了具有立方结构的Na3PSe4钠固体电解质材料。该材料使用离子半径较大、极化作用较强的Se与P形成四面体,在扩大了由PSe4四面体构成的离子迁移通道的同时,弱化了骨架对钠离子的束缚作用,增强了钠离子在体系结构中的输运,从而提高离子电导率。与此同时,通过优化球磨工艺,不仅细化晶粒增加了界面间的接触,而且提高了材料的机械加工强度。该工作不仅制备出了室温电导率超过1 mS/cm的Na3PSe4快离子导体,而且对钠固体电解质性能的进一步提高具有重要参考价值。相关结果在线发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201501294)。

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