AFM：具有2.33 mS/cm高离子电导率的原位交联凝胶聚合物电解质！

高温钠硫电池（HT Na-S）技术由于其低成本和高能量密度，在固定式储能领域引起了极大的兴趣。然而，目前使用的固态电解质（ß-氧化铝）比较昂贵，而且只能在高温下运行，这影响了安全性。另一方面，室温钠硫电池（RT Na-S）中的液态电解液容易促进形成枝晶和多硫化物穿梭。因此，非常需要一种同时具有固体（穿梭阻断）和液体（离子传导性）特性的电解质来克服上述问题。

德国斯图加特大学Michael R. Buchmeiser等提出了一种采用季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）原位制备的高性能准固态交联凝胶聚合物电解质（GPE），它在25℃时表现出2.33 mS cm^-1的高离子传导率。

图1 GPE的合成和表征

具体而言，通过偶氮二异丁腈（AIBN，1wt.%）引发的季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）的原位自由基聚合，将含有1M的四苯基硼酸钠（NaTPB）、碳酸丙烯酯（PC）和7wt.% 氟代碳酸乙烯酯（FEC）的液态电解液溶液交联可获得GPE。由于聚合发生在Na负极的表面和多孔硫化聚丙烯腈(SPAN)正极的表面，因此可以确保良好的界面接触。结果，所制备的GPE在25°C的Na-SPAN电池中显示出2.33 mS cm^-1的高离子传导率。

DFT研究显示，Na⁺与PC溶剂有很强的单点配位，这限制了液态电解质中的自由离子运动，相比之下，Na⁺与GPE中基于PETA的聚合物的相互作用很弱，这有利于离子跳跃，从而导致高离子传导率。

图2 Na-SPAN全电池的电化学性能

受益于上述优势，GPE保持了2500次充放电的超稳定循环，在2C下的放电容量>600 mAh g_s^-1，平均库仑效率为99.91%。相比之下，液态电解液在1000次循环后表现出容量下降，同时伴有不稳定的CE。

此外，作者通过改变正极中粘结剂的数量，在2-15wt.%之间研究了交联GPE的封闭性能。结果显示，与粘结剂含量较高的正极相比，含有2wt.%的粘结剂的正极显示出更好的倍率能力、放电容量和更高的扩散系数。

这意味着，粘结剂数量的减少会导致GPE和活性材料之间更好的接触，这反过来又有利于离子在活性材料的界面上快速移动。总之，这里概述的GPE的优势有望为Na-S电池在柔性储能设备中的成功使用铺平道路。

图3 粘结剂量对采用GPE的Na-SPAN电池的电化学影响

Stable Cycling of Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries Based on an In Situ Crosslinked Gel Polymer Electrolyte. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201191

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AFM：具有2.33 mS/cm高离子电导率的原位交联凝胶聚合物电解质！

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