同济大学罗巍教授AFM：基于准固态聚合物电解质的耐-20℃低温钠金属电池

由于全球钠储量无限，基于钠离子化学的电池技术成为大规模储能系统的理想选择。特别是采用金属钠取代传统的碳负极，它能以低廉的成本最大限度地提高能量密度。然而，由于钠金属电池（SMB）具有高反应性，其本身的稳定性较差，库仑效率低，寿命短。并且在低温条件下，由于无法克服的动力学障碍，这种情况会进一步恶化。

近日，同济大学罗巍教授提出了一种基于 1,3-二氧戊环的准固态聚合物电解质(PDGE)，其即使在-20℃温度下也能为SMB提供 3.68 mS cm-1 的高离子电导率。此外，PDGE还可定制弱溶剂化环境，因此其Na+转移数高达 0.7。同时，PDGE诱导的固态电解质界面以无机Na2O、NaF为主要成分，可加速Na+的扩散，并在长期循环中保持卓越的稳定性。在这种准固态电解质的作用下，Na/Na3V2(PO4)3全电池在-20℃下循环1000次后表现出极高的稳定性。总体而言，这项研究对在低温条件下开发SMB具有重要意义。

文章要点：

1. 这项研究在SMB中原位制备了一种基于 1,3-二氧戊环（DOL）的准固态聚合物电解质(PDGE)，其中选择了三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)作为DOL聚合的内置触发器。

2. 具体来说，TPFPB中的硼原子可攻击DOL，然后DOL单体通过开环反应转化为聚合物框架。此外，由于二甘醇（G2）的最低未占分子轨道（LUMO）较高，因此可将其作为增塑剂来提高离子导电性。因此，一种凝胶电解质由0.5 M-NaPF6和poly-DOL/G2组成，在低温（-20℃）下离子电导率高达 3.68 mS cm-1。此外，聚DOL链浸泡在G2中会形成局部高浓度的Na+，从而大大加快钠离子的脱溶剂化速度。

3. 此外，由于无机Na2O、NaF是固体电解质界面层（SEI）的主要成分，PGDE和钠金属负极之间的薄SEI会抑制副反应，加速Na+的界面迁移。因此，Na/Na3V2(PO4)3(NVP)电池在-20℃（3 C下循环1000次）时的容量保持率接近 99%，甚至优于普通液态电解质。这些结果表明，使用基于多羟基化合物的准固态电解质的 SMB 具有令人印象深刻的低温性能。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202304928

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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