2026-07-13 15:42
想要离子跑得快,先让骨架“软下来”!孙学良院士领衔研究固态电解质全固态钠离子电池(ASSSIBs)为大规模储能提供了一种可持续且经济高效的解决方案。钠铝硅酸盐玻璃陶瓷(NASO)作为一种资源可持续的电解质选项,具有成本低廉、储量丰富且电化学稳定性优异等优势。然而,其强大的共价网络导致了本征低离子电导率和较差的界面相容性。
本研究由中国工程院外籍院士、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士孙学良领衔,采用氯元素掺杂的方法,对NASO中高度互联的共价网络进行解聚,从而形成一种新型改性NaAlSiOCl(NASOC)结构,该结构具有离散的短链特征。片段化处理将应力诱导的大规模协同重排转变为局部变形。用较弱的Cl桥取代强的O桥,可进一步降低杨氏模量。此外,氯掺杂通过同时降低弹性变形能和化学键合能,有效降低了Na+的迁移势垒。因此,这种以氯为媒介的解聚方法能够同时降低材料刚度并提升离子电导率。优化后的NASOC电解质表现出约5 GPa的低杨氏模量和0.45 mS cm-1的高Na+电导率,二者共同促进了优异的离子传输性能与电极间的紧密接触。采用NASOC的ASSSIBs在0.1 C倍率下循环500次后,仍能保持80.9%的初始容量。
通过氯介导的解聚策略,团队成功制备出的NASOC电解质,不仅拥有0.45 mS cm-1的高离子电导率,其杨氏模量更是从原始NASO的60-80 GPa骤降至约5 GPa。这种“软化”使得电解质在压力下能与电极形成紧密的接触,极大降低了界面阻抗。在全电池测试中,采用NASOC-3作为电解质、高电压氧化物作为正极的全固态钠电池,展现出了卓越的循环稳定性:在0.1 C倍率下循环500圈后,容量保持率仍高达80.9%,且平均库伦效率达到了99.89%。这意味着,通过简单的化学取代(O被Cl取代),我们就能让原本僵硬的氧化物电解质“脱胎换骨”,既保留了氧化物的高稳定性和低成本,又拥有了类似硫化物的优异界面接触性能。这项工作不仅解决了一类材料的具体问题,更为下一代高性能固态电池的电解质设计提供了一个通用的范式——想要离子跑得快,先让骨架“软下来”。
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全固态钠离子电池(ASSSIBs)为大规模储能提供了一种可持续且经济高效的解决方案。钠铝硅酸盐玻璃陶瓷(NASO)作为一种资源可持续的电解质选项,具有成本低廉、储量丰富且电化学稳定性优异等优势。然而,其强大的共价网络导致了本征低离子电导率和较差的界面相容性。
本研究由中国工程院外籍院士、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士孙学良领衔,采用氯元素掺杂的方法,对NASO中高度互联的共价网络进行解聚,从而形成一种新型改性NaAlSiOCl(NASOC)结构,该结构具有离散的短链特征。片段化处理将应力诱导的大规模协同重排转变为局部变形。用较弱的Cl桥取代强的O桥,可进一步降低杨氏模量。此外,氯掺杂通过同时降低弹性变形能和化学键合能,有效降低了Na+的迁移势垒。因此,这种以氯为媒介的解聚方法能够同时降低材料刚度并提升离子电导率。优化后的NASOC电解质表现出约5 GPa的低杨氏模量和0.45 mS cm-1的高Na+电导率,二者共同促进了优异的离子传输性能与电极间的紧密接触。采用NASOC的ASSSIBs在0.1 C倍率下循环500次后,仍能保持80.9%的初始容量。
通过氯介导的解聚策略,团队成功制备出的NASOC电解质,不仅拥有0.45 mS cm-1的高离子电导率,其杨氏模量更是从原始NASO的60-80 GPa骤降至约5 GPa。这种“软化”使得电解质在压力下能与电极形成紧密的接触,极大降低了界面阻抗。在全电池测试中,采用NASOC-3作为电解质、高电压氧化物作为正极的全固态钠电池,展现出了卓越的循环稳定性:在0.1 C倍率下循环500圈后,容量保持率仍高达80.9%,且平均库伦效率达到了99.89%。这意味着,通过简单的化学取代(O被Cl取代),我们就能让原本僵硬的氧化物电解质“脱胎换骨”,既保留了氧化物的高稳定性和低成本,又拥有了类似硫化物的优异界面接触性能。这项工作不仅解决了一类材料的具体问题,更为下一代高性能固态电池的电解质设计提供了一个通用的范式——想要离子跑得快,先让骨架“软下来”。
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