梁风教授团队在固态钠金属电池领域取得重要研究进展
日前，昆明理工大学冶金与能源工程学院、真空冶金国家工程研究中心梁风教授团队在固态钠金属电池研究方面取得重要进展，相关研究成果在能源与材料领域国际顶级学术期刊上发表。
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提出紫外光固化法快速制备高离子电导率固态电解质策略，实现固态钠金属电池稳定界面相和紧密界面的构建。相关研究成果以《Ultrafast UV Curing Enabling A Stable Interphase and Interface for Solid-State Sodium−Metal Batteries》为题，发表在能源领域顶级期刊ACS Energy Letters上。昆明理工大学梁风教授、熊仕昭教授为论文共同通讯作者，2023级直博生李付鹏为论文第一作者。
设计高性能固态钠金属电池需要同时克服固态电解质离子导电率低及电极与电解质间界面相容性差难题。梁风教授研究团队提出一种紫外光高效固化制备高离子电导复合固态电解质的新策略，可在45秒内实现复合固态电解质的快速制备。并通过溶剂化结构调控和原位固化同时构建了稳定的界面相和紧密界面（图1）。有效抑制了电池枝晶生长及界面反应，降低了电池界面阻抗，实现电池长循环寿命。Na||NVP电池在2 C电流密度下展现出102 mAh·g–1的比容量，循环2100次后容量保持率高达91.2%，与同类固态电池相比具有明显优势。该策略为固态电解质的高效制备和固态钠金属电池界面兼容性改善提供了新思路，助力固态钠金属电池的商业化。
图1. 固态钠金属电池的制备过程和实现稳定循环的机理示意图。
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设计具有离子-电子混合导的负极/电解质界面内建电场，实现了负极/电解质界面高稳定性和快速钠离子传输特性。相关研究成果以《Interface Stable Kinetics Triggered by Interfacial Built-in Electric Field in Solid-State Sodium-Metal Battery》为题发表在材料领域顶级期刊Advanced Function Materials上。昆明理工大学梁风教授、澳门大学蔡永青教授为论文共同通讯作者，博士生杨冬荣和澳门大学博士生管齐业为论文共同一作。
梁风教授研究团队通过设计一种具有离子-电子混合导的层状复合固体电解质用于构建电池界面处的内建电场，有效改善负极表面钠均匀沉积和电池的倍率性能，实现固态Na||Na电池在0.1 mA·cm−2下26400次的超长循环寿命，以及固态Na||NVP电池在2.0 C下循环1500次后97.4%的高容量保持率，性能在同类电池中处于先进水平（图2）。实验结果、有限元模拟和密度泛函理论计算表明，界面内建电场能均匀负极/固体电解质界面电场和离子浓度场分布，并提高钠离子界面传导动力学性能。
这充满挑战与机遇并存的一年里，我们携手并进，书写了属于我们的辉煌篇章。为了更好地展望未来，明确目标，共同规划团队的发展蓝图。
图2. 固态电解质界面电场及功能示意图：(a) 复合固体电解质（PPNN）||Na界面，(b) 离子-电子混合导电层固体电解质（MIECHSE）||Na界面。
此前，梁风教授团队与企业合作已在江苏省徐州市邳州经济开发区建立了国内首条NASICON型钠基固态电解质中试生产线（图3），为固态钠电池商业化奠定了坚实的基础。
图3. NASICON型钠基固态电解质中试产线部分设备及产品
昆明理工大学为上述成果的第一完成单位，相关研究得到国家自然科学基金、云南省基础研究专项杰出青年项目和重点项目的资助。
论文链接：
ACS Energy Letters：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c03043
Advanced Function Materials：https://doi.org/10.1002/adfm.202420014
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