2021年7月7日
概述:
日本丰田工业大学电气与电子信息工程系的一个研究小组开发了一种氯(Cl)取代的钠3.SbS4全固态钠离子电池用固体电解质。与没有Cl取代的样品相比，Na的离子电导率显著提高3.SbS4硫(S)部分被Cl取代的固体电解质可提高三倍。研究小组还证明了cl -取代Na3.SbS4的晶体结构框架，使钠离子更容易在三维空间移动，他们发现，Cl取代显示出优越的稳定性与Na金属阳极。
细节:
由于大规模储能需求的增加，利用低成本和丰富的钠资源的全固态钠(Na)离子电池的研究正在加速。为了将全固态钠离子电池用于实际应用，必须研制出室温下离子导电性高的固体电解质。在各种钠固体电解质中，钠3.SbS4固体电解质的电导率为1ms cm-1在室温下或更高的温度，因此在世界范围内被广泛研究。然而，为了实现高电导率，需要通过球磨后处理，通过更简单的合成工艺实现高离子电导率明显存在问题。
因此，本课题组采用适合大批量生产的液相合成方法制备了cl -取代Na3.SbS4固体电解质。通过部分取代Na中的S3.SbS4在室温下，离子电导率提高了3倍(0.9 mS cm-)1)与未取代的样品(0.3 mS cm-1)．此外，他们还可视化了离子传导途径，以阐明由于Cl取代所发生的结构变化对传导特性的影响。结果表明，它们在Na中部分取代了S3.SbS4与Cl的结合导致Na离子与S(或Cl)形成松散的局域键合，形成Na与S(或Cl)之间弱静电相互作用的晶体结构框架，促进离子沿晶体c轴的扩散。Cl取代提高离子电导率是由于形成了具有三维离子扩散路径的晶体结构。
此外，研究小组还发现了cl -取代Na3.SbS4固体电解质在Na金属阳极中的稳定性优于没有Cl取代的样品。他们证明，电化学稳定性的改善与阳极和固体电解质之间的界面电阻的降低有关，而重Cl掺杂对提高阳极的稳定性是有效的。
未来展望:
研究小组发现了一个重要的设计原则，以开发理想的固体电解质具有理想的特性，如高离子电导率和优越的电化学稳定性。他们认为，本研究的固体电解质可以与液相镀膜技术相结合，实现全固态钠离子电池的高存储容量和稳定循环。
参考:
引用本文:广田gamo, Nguyen Huu Huy Phuc, Hiroyuki Muto, Atsunori Matsuda，“Cl取代S对Na结构和电化学特性的影响”3.SbS4固体电解质,应用能源材料亚博网站下载,(2021)。doi.org/10.1021/acsaem.1c00927
来源:https://www.tut.ac.jp/english/