吕力/王玉美Adv. Sci.：铁电工程化界面实现高性能全固态钠金属电池

开发高容量、长循环性和高性价比的固态钠电池对电动汽车和大型储能系统具有吸引力。但固态电解质-电极的差相容性和低离子传导界面阻碍了固态钠电池的发展。

新加坡国立大学重庆研究院吕力、王玉美等开发了一种基于铁电效应的创新方法，来改善全固态钠金属电池中的电解质-电极相容性并降低正负极与复合聚合物电解质的界面电阻。

图1 全固态NVP|CPE|Na电池中空间电荷积累和SEI形成的示意图

为增强聚合物基电解质和电极之间的相容性，并促进界面离子传导，作者引入了一种铁电体薄层（K_0.5Na_0.5NbO₃，KNN）来修饰全固态复合聚合物电解质和电极之间的界面。研究显示，精心设计和铁电工程化的复合聚合物电解质在室温下表现出 7.9 × 10^-5 S cm^-1的高离子电导率。

此外，铁电工程能够有效抑制固体电解质界面（SEI）在聚合物电解质和金属钠电极之间的界面生长，还可以增强离子在电解质-铁电-正负极界面的扩散。

图2 铁电工程化CPE的电化学性能

实验显示，铁电工程化全固态钠金属电池在室温下循环165次后仍具有160.3 mAh g^–1的优异放电容量和97.4%的保留率。此外，铁电工程化电池也具有出色的稳定性，即使在循环过程中暂停2个月，该工程化电池在180次完整充放电循环后仍能获得86.0%的高放电容量保持率。

因此，开发高安全性、高容量和长循环能力的固态钠金属电池是最先进的。这种界面铁电工程化策略可以作为一种通用方法来提高具有聚合物基电解质的各种固态电池的循环性能和稳定性。

图3 全固态钠金属电池的电化学性能

Ferroelectric Engineered Electrode-Composite Polymer Electrolyte Interfaces for All-Solid-State Sodium Metal Battery. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105849

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