全国人大代表、南开大学副校长、中国科学院院士陈军最新PNAS,可充电Na–O2电池

锂电联盟会长 2024-05-30 11:53

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准固态电解质是防止液态有机电解质挥发和泄漏的有效策略。PVDF–HFP基电解质由于其宽的电化学窗口和优异的热稳定性和电化学稳定性而引起广泛关注。然而,基于PVDF–HFP的准固态电解质很少应用于Na–O2电池。此外,与液体电解质相比,准固体电解质的工作电流密度通常较低。
中国科学院院士陈军报告了一种PVDF——HFP@Nafion-based准固体聚合物电解质,其显示出良好的阻燃性、锁定液体和疏水性。
Nafion的引入可导致约0.68的高tNa+,并促进富含NaF的SEI的形成,在与M-GSS/Na的协同作用下,在相对高的电流密度下,在Na–O2电池中产生优异的循环稳定性。
可充电钠氧(Na–O2)电池因其丰富的钠资源和高理论能量密度(1108 Wh kg–1)而被认为是一种很有前途的高能存储设备。
一系列准固体电解质不断被设计来抑制枝晶生长,以及由于Na–O2电池的开放系统而导致的液体电解质的挥发性和泄漏风险。然而,准固体电解质低工作电流密度的棘手问题仍未得到解决。
基于此,全南开大学副校长、中国科学院院士陈军报道了一种具有聚偏二氟乙烯-六氟丙烯复合Nafion(PVDF–HFP@Nafion)基于准固体聚合物电解质(QPE)和具有梯度亲钠结构的MXene基Na阳极(M-GSS/Na)。
QPE具有良好的阻燃性、锁液性和疏水性。Nafion的引入可以通过阻断阴离子的运动而导致高的Na+迁移数(tNa+=0.68),并促进富含NaF的SEI的形成,从而在准固体环境下在相对高的电流密度下产生优异的循环稳定性。同时,M-GSS/Na阳极表现出优异的枝晶抑制能力和循环稳定性。
因此,在QPE和M-GSS/Na的协同作用下,构建的Na–O2电池运行更稳定,在1000 mA g–1和1000 mAh g–1的初始80次循环后显示出低电位间隙(0.166 V)。
这项工作为构建具有长期循环稳定性的准固态Na–O2电池提供了参考依据。
PVDF–HFP@Nafion-based quasisolid polymer electrolyte for high migration number in working rechargeable Na–O2 batteries
PNAS, 2024, 121 (23) e2320012121
https://doi.org/10.1073/pnas.2320012121
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