顆粒在線訊：全固態(tài)鈉電池(ASSSBs)是電網(wǎng)規(guī)模儲能有希望的候選者。然而，目前還沒有商業(yè)化的ASSSBs，部分原因是缺乏對金屬鈉具有電化學穩(wěn)定性的低成本且易于制備的固態(tài)電解質(SE)。

鑒于此，休斯頓大學姚彥教授、愛荷華州立大學Steve W. Martin教授報道了一類具有硫化物和氧化物SEs優(yōu)勢的新型氧硫化物玻璃SEs（Na3PS4?xOx，其中0?<?x?≤?0.60），它們不僅在所有鈉離子導體硫化物SEs中表現(xiàn)出最高的臨界電流密度，而且還可實現(xiàn)高性能常溫鈉硫電池。通過形成橋氧(BO)單元，Na3PS4?xOx SEs在室溫下經歷壓力誘導燒結，從而形成具有堅固機械性能的完全均勻玻璃結構。此外，Na|SE界面處的自鈍化固體電解質界面對于界面穩(wěn)定和可逆的Na沉積和剝離至關重要?？傊@里介紹的新結構和組成設計策略為開發(fā)安全、低成本、能量密集和長壽命的ASSSBs提供了新的范例。

文章亮點：

1. 由于形成更高濃度的具有BO特性的氧化物和氧硫化物單元，氧摻雜的硫化物SE比純硫化物SE具有更堅固和更致密的玻璃網(wǎng)絡。

2. 在添加氧提高玻璃質SE的機械強度的同時，它還導致這些氧硫化物SE在環(huán)境溫度下展示了壓力誘導的玻璃質粉末起始材料的均勻性，從而形成了均勻的玻璃微結構。由于可成形性大大提高，氧硫化物SE表現(xiàn)出更高的機械強度和降低的電子電導率。

3. 通過自鈍化SEI的形成，電池表現(xiàn)出與金屬鈉的優(yōu)異電化學穩(wěn)定性。因此，包含Na3PS3.4O0.6|Na3PS3.85O0.15?|Na3PS3.4O0.6的均質三層復合SE可以實現(xiàn)高達2.3?mA?cm-2的臨界電流密度(CCD)，這是鈉離子硫化物SEs的最高CCD值，并在0.2?mA?cm?2 下穩(wěn)定循環(huán)長達500?h。

4. 基于復合氧硫化物雙層SE的Na-S全電池在迄今為止的固態(tài)Na-S體系中表現(xiàn)出最高的比能量。

圖1 固態(tài)電解質-鈉金屬界面的分類

圖2 無定形Na3PS4?xOx (x?=0、0.15、0.30和0.60)SE的結構表征

圖3 Na3PS4?xOx玻璃SE(x?=0和0.60)和HT-Na3PS4玻璃陶瓷SE的機械性能

圖4 Na3PS4?xOx ( x=0, 0.15, 0.30和0.60) SEs在60 °C下對金屬鈉的化學穩(wěn)定性

圖5 玻璃態(tài)氧硫化物SE的電化學性質

圖6 在60 °C下測試的全固態(tài)Na-S全電池