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豐橋技術大學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有一個晶體結構框架，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或更高的電導率，因此在世界各地被廣泛研究。然而，為了實現(xiàn)高電導率，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，他們還對離子傳導途徑進行了可視化，以澄清由于氯的取代而發(fā)生的結構變化對傳導特性的影響。結果，他們證明了在Na3SbS4中用Cl部分取代S導致Na離子與S（或Cl）的局部結合松散，形成了Na與S（或Cl）之間的弱靜電作用的晶體結構框架，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性是由于形成了一個具有三維離子擴散途徑的晶體結構。


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，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)，如高離子傳導性和卓越的電化學穩(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相結合，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)與液相涂層技術相結合可開發(fā)出高容量和高穩(wěn)定性鈉固態(tài)電池