308 mAh/g！中科院上硅所，EnSM！可持续钠电！

氟化物固态电解质因其固有的结构和空气稳定性而成为高能量密度固态电池的有前景的候选者。然而，它们在钠基电池中的应用因其低离子电导率而受到阻碍。

图1 Na3GaF6基固态电解质的合成、结构和形貌

中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟、胡九林等提出了一种通过晶界软化和键合设计的异质结构氟化物基固态电解质，用于可持续的钠金属电池。

具体而言，研究者通过利用低熔点氯化物低共熔混合物NaCl-1.1AlCl3（NA），实现了Na3GaF6（NGF）晶界处钠离子传输的原位激活，形成了主要由NaAlCl4组成的熔融盐界面。这一过程有效地软化了NGF的边缘并愈合了晶间空隙。研究显示，NA修饰的NGF电解质在60℃下表现出2.7×10-4 S/cm的离子电导率，在室温下表现出2.45×10-5 S/cm的离子电导率，比纯NGF提高了两个数量级。

图2 固态电解质的导电性能和空气稳定性

此外，这种氯化物外壳不会降低NGF的宽电化学窗口和空气稳定性。并且，该电解质在与钠金属阳极循环时依赖于一种独特的“自我保护”机制。熔融盐相可以演变成紧凑的NaCl保护壳和与Na阳极紧密接触的Na-Al导电内层。

这种双层结构减轻了与NGF宿主的副反应，使电流均匀化，并抑制了钠枝晶的生长。因此，Na//Na对称电池显示出小电压极化和超过1000小时的稳定循环性能。固态Na//FeF3电池提供308 mAh/g的高容量，并基于转化反应以高容量保持至少进行100次循环。

图3 氟化物电解质基全电池的电化学性能

文献信息

Heterostructured fluoride-based solid electrolytes engineered by grain boundary softening and bonding for sustainable Na metal batteries. Energy Storage Materials 2024-09-19 , DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103795