西工大马越AFM：耐温性达180°C的异质层超轻复合聚合物电解质

聚环氧乙烷聚合物电解质在固态钠金属电池（SSMB）中的实际应用受到室温下Na⁺扩散迟缓、机械脆性以及高压下氧化倾向的影响。

图1. 异质层CPE的设计概念示意图

西北工业大学马越等提出了一种异质层复合聚合物电解质（CPE），以同时实现与高压正极（直到4.2V）和Na金属负极的界面稳定性。

具体而言，层堆叠的PEO和聚丙烯腈（PAN）分别稳定了与Na箔和高压正极接触的界面动力学；在聚合物基质内，将Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）纳米填料进行砂磨并均匀分散在聚合物基质中，以提高离子电导率（1.62×60°C时为10⁻⁴ S cm⁻¹）。

同时，渗透的纳米纤维素骨架中丰富的羟基提高了与聚合物基体的界面紧密性，从而赋予了轻质CPE的形成（25 um），并使其机械强度（13.84MPa）提高一个数量级，耐温性达到180°C。

图2. CPE的力学和电化学性质

受益于上述优势，在无表面润湿剂的情况下，将六氰化铁正极（FeHCF，1 mAh cm^-2）、25 μm CPE薄膜和Na箔层层叠加，所构建的SSMB原型电池可以实现室温循环稳定性（200次循环后具有93.8%的容量保持率），以及在80℃下的卓越运行可靠性。更重要的是，机械柔性的CPE薄膜符合层压加工，这很容易被纳入工业电池制造。

图3. 全电池性能

A Hetero-Layered, Mechanically Reinforced, Ultra-Lightweight Composite Polymer Electrolyte for Wide-Temperature-Range, Solid-State Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202215117

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