Nano Lett. | 杜菲教授团队在钠基氧化物固态电解质研究方面取得新进展

         近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲教授、姚诗余教授、魏芷宣博士与清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室司文哲研究员在钠基氧化物固态电解质研究方面取得新进展，相关成果以“Nonstoichiometry Induced Amorphous Grain Boundary of Na₅SmSi₄O₁₂ Solid-State Electrolyte for Long-Life Dendrite-Free Sodium Metal Battery”为题发表于《Nano Letters》。

       氧化物固态电解质因其高离子电导率以及与正负极良好的化学相容性和较宽的电化学稳定性窗口而尤其受到关注。然而，由于陶瓷电解质具有多晶性质，烧结温度过高导致形成带有各种晶界的角状晶粒。除了抑制离子传导外，金属钠树枝状突起很容易渗入孔隙、晶界和陶瓷的固有缺陷而形成和生长，从而导致短路和电池失效。为了应对上述挑战，人们一直致力于改变晶界。一个主要的解决方案是设计烧结助剂来降低烧结温度，或是直接在晶界中引入第二相调整微观结构和机械性能。迫切需要提出能够设计同时实现提高晶界离子传导性和抑制枝晶渗透的晶界层的策略，但仍然非常具有挑战性。

针对上述问题，研究团队提出了一种通过调整化学计量来改变Na₅SmSi₄O₁₂固态电解质晶界的可行方法，原位生成非晶相修饰晶界。实现了5.61 mS cm^-1的离子电导率，是据报道为止钠基氧化物固态电解质最高水平。非晶相晶界提高了固态电解质的机械强度，并抑制了晶界除的电子传输，从而赋予了固态电解质卓越的金属枝晶抑制能力。在0.15 mA cm^-2电流密度下，钠金属对称电池可长期循环2800小时而无枝晶生长。与Na₃V₂(PO₄)₃组装的准固态电池具有高离子传导性和优异的阳极稳定性，可在5C电流密度下稳定循环3000圈无容量衰减。