华北理工刘山/浙大陆俊/昆明理工梁风AM：新型超韧自愈合固态聚合物电解质助力固态钠金属电池！
学术
2024-10-21 10:55
江苏
固态钠金属电池（SSMB）因其高能量密度和高安全性，为电化学储能提供了一种有前景的替代电源。然而，电解质固有的钠枝晶生长和较差的机械性能严重限制了它们的应用。
近日，浙江大学陆俊教授、昆明理工大学梁风教授、华北理工大学刘山教授设计了一种由聚环氧乙烷基复合聚合物电解质（CPE）与液态金属纳米颗粒（LM）组成的网络结构用于SSMB。其中LM可以在电场驱动下在固态电解质中移动，这种效应可以促进失活的钠返回金属钠阳极，同时与枝晶合金化，有利于抑制枝晶的生长。研究显示，基于含有LM的CPE的对称电池在0.1和0.2 mA cm-2下分别实现了1800和800小时以上的良好循环稳定性。软包电池的能量密度可达230 Wh kg−1。总之，LM在用作CPE的性能增强填料方面具有巨大潜力，为实现高性能SSMB铺平了道路。1. 这项工作采用液态金属（GaInSn）纳米粒子制备了一种聚环氧乙烷基聚合物电解质(PEO@LM)。2. LM纳米粒子具有良好的流动性，可以作为替代填料掺入柔性聚合物中，以优化SPE的性能。此外，聚合物网络中的LM纳米粒子在变形过程中会发生重定向，进而影响柔性基体在大变形下的损伤机制。聚合物基体具有对缺口不敏感的特点，可以有效减少应力集中的危害。因此，所设计的PEO@LM电解质表现出高拉伸伸长率和杨氏模量。3. 此外，液态金属纳米粒子可以在电场的驱动下在SPE中来回移动，这赋予了固态电解质和阳极之间的界面自愈特性。并且，LM纳米粒子表面存在氧化层，其中含有丰富的氧空位，可与聚合物链和钠盐相互作用，增强电化学稳定性和离子导电性。4. 结果，PEO@LM杨氏模量为30.97 MPa，断裂伸长率接近100%，对称电池在40°C下以0.1 mA cm−2的电流密度循环1800多小时，采用PEO@LM电解质的电池显示出卓越的循环稳定性，400次循环后容量保持率高达96.3%。原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202409587
