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豐橋技術(shù)大學(xué)電氣和電子信息工程系的一個研究小組開發(fā)了一種氯（Cl）替代的Na3SbS4固體電解質(zhì)，用于全固態(tài)的鈉（Na）離子電池。與沒有氯替代的樣品相比，硫（S）被氯部分替代的Na3SbS4固體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性提高了三倍。研究小組還證明，被Cl取代的Na3SbS4有一個晶體結(jié)構(gòu)框架，使Na離子更容易在三維空間中移動，而且他們發(fā)現(xiàn)被Cl取代的Na金屬陽極表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。


由于對大規(guī)模儲能需求的增加，利用低成本和豐富的Na資源的全固態(tài)鈉（Na）離子電池的研究正在加速進行。為了在實際應(yīng)用中使用全固態(tài)鈉離子電池，必須開發(fā)一種在室溫下具有高離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)。在各種Na固體電解質(zhì)中，Na3SbS4固體電解質(zhì)在室溫下具有1 mS cm-1或更高的電導(dǎo)率，因此在世界各地被廣泛研究。然而，為了實現(xiàn)高電導(dǎo)率，需要通過球磨進行后處理，而通過較簡單的合成工藝實現(xiàn)高離子電導(dǎo)率一直是值得注意的問題。

因此，研究小組采用適合大規(guī)模生產(chǎn)的液相合成方法，開發(fā)了一種被Cl取代的Na3SbS4固體電解質(zhì)。通過在Na3SbS4固體電解質(zhì)中用Cl部分替代S，他們在室溫下的離子電導(dǎo)率比沒有替代的樣品（0.3mS cm-1）提高了三倍（0.9mS cm-1）。此外，他們還對離子傳導(dǎo)途徑進行了可視化，以澄清由于氯的取代而發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化對傳導(dǎo)特性的影響。結(jié)果，他們證明了在Na3SbS4中用Cl部分取代S導(dǎo)致Na離子與S（或Cl）的局部結(jié)合松散，形成了Na與S（或Cl）之間的弱靜電作用的晶體結(jié)構(gòu)框架，特別是促進了離子沿晶體c軸的擴散。通過Cl替代而增加的離子傳導(dǎo)性是由于形成了一個具有三維離子擴散途徑的晶體結(jié)構(gòu)。


此外，研究小組發(fā)現(xiàn)，與沒有Cl替代的樣品相比，Cl替代的Na3SbS4固體電解質(zhì)在Na金屬陽極上表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。他們證明，這種電化學(xué)穩(wěn)定性的改善與陽極和固體電解質(zhì)之間的界面電阻的減少有關(guān)，并且重度Cl摻雜能有效地改善與陽極的穩(wěn)定性。

研究小組發(fā)現(xiàn)了一個重要的設(shè)計原則，即開發(fā)具有理想特性的固體電解質(zhì)，如高離子傳導(dǎo)性和卓越的電化學(xué)穩(wěn)定性。他們認為，這項研究的固體電解質(zhì)可以與液相涂層技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)全固態(tài)Na離子電池的高存儲容量和穩(wěn)定循環(huán)。

原標題：固體電解質(zhì)與液相涂層技術(shù)相結(jié)合可開發(fā)出高容量和高穩(wěn)定性鈉固態(tài)電池