NASICON結構固體電解質(SSE)是一種很有前途的鈉固態金屬電池(NASMB)材料。 然而,目前的合成方法具有成本效益和低效性。
這裡上海交通大學萬嘉玉教授、上海大學石思琪教授成功開發了一種超快高溫合成(UHS)技術,可直接從混合前驅體粉末中合成NASICON型SSE,將合成時間從數小時縮短到數秒。 具有Na3PO4結構的中間體在NASICON型SSE的快速合成中起關鍵作用,並最終形成Nasicon相。 此外,UHS 合成 Na3 型 Nasicon3zr1.7lu0.3Si2PO12 (NZLSP) 的室溫離子電導率高達 77 10-4 s cm-1,約為未摻雜Na3Zr2Si2PO12(NZSP)的3倍。
圖1NLSP的製備和結構表徵綜上所述,本工作利用UHS技術成功從混合原始前驅體粉末中直接合成了具有NASICON結構的鈉離子導體。 與傳統的固態合成方法相比,NASICON型固體電解質的合成時間顯著縮短(從幾小時縮短到幾秒)。 結果表明,分子式Na3+XZR2-XMXSisi2PO12(m = tm, yb, lu, x = 0.)只有在TM、YB、LU等元素摻雜後才能通過超高純合成法合成3∼0.7)Nasicon相,而對於MG、ZN、Y、HF和LA等常見摻雜劑,不能使用超高純度合成來生成Nasicon相。進一步的實驗和分析表明,所選的摻雜劑(例如Lu)可以在NLSP中形成介面,從而催化NASICON相的形成。 這種中間介面降低了整個固相反應過程中的能量勢壘,確保了元素在快速合成過程中的均勻擴散,這對於NASICON相的形成至關重要。 此外,UHS合成的NZLSP固體電解質在室溫下表現出較高的離子電導率(77 10-4 s cm-1),約為爐內合成的NZSP的3倍。結果表明,na|nzlsp|Na 對稱電池在 1低於 4 mA cm-2 不會發生短路。 組裝好的對稱鈉電池在Na剝離沉積過程中表現出優異的穩定性,在0它可以在 1 mA cm-2 下迴圈 4800 小時,而不會滲透枝晶。 因此,本研究為複雜氧化物固體電解質的精確合成提供了新的思路和驗證。
圖2NASICON型SSE的電化學效能ultrafast synthesis of nasicon solid electrolytes for sodium-metal batteries,advanced energy materials2023 doi: 10.1002/aenm.202301540