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

鑒于此，休斯頓大學(xué)姚彥教授、愛(ài)荷華州立大學(xué)Steve W. Martin教授報(bào)道了一類具有硫化物和氧化物SEs優(yōu)勢(shì)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(dǎo)體硫化物SEs中表現(xiàn)出最高的臨界電流密度，而且還可實(shí)現(xiàn)高性能常溫鈉硫電池。通過(guò)形成橋氧(BO)單元，Na3PS4?xOx SEs在室溫下經(jīng)歷壓力誘導(dǎo)燒結(jié)，從而形成具有堅(jiān)固機(jī)械性能的完全均勻玻璃結(jié)構(gòu)。此外，Na|SE界面處的自鈍化固體電解質(zhì)界面對(duì)于界面穩(wěn)定和可逆的Na沉積和剝離至關(guān)重要?？傊?，這里介紹的新結(jié)構(gòu)和組成設(shè)計(jì)策略為開(kāi)發(fā)安全、低成本、能量密集和長(zhǎng)壽命的ASSSBs提供了新的范例。

文章亮點(diǎn)：

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(jiān)固和更致密的玻璃網(wǎng)絡(luò)。

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

3. 通過(guò)自鈍化SEI的形成，電池表現(xiàn)出與金屬鈉的優(yōu)異電化學(xué)穩(wěn)定性。因此，包含Na3PS3.4O0.6|Na3PS3.85O0.15?|Na3PS3.4O0.6的均質(zhì)三層復(fù)合SE可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)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(zhǎng)達(dá)500?h。

4. 基于復(fù)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(zhì)-鈉金屬界面的分類

圖2 無(wú)定形Na3PS4?xOx (x?=0、0.15、0.30和0.60)SE的結(jié)構(gòu)表征

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

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

圖5 玻璃態(tài)氧硫化物SE的電化學(xué)性質(zhì)

圖6 在60 °C下測(cè)試的全固態(tài)Na-S全電池