近日，我院纳米能源研究中心团队开展了基于Al³⁺掺杂Na_3.4Zr₂(Si_0.8P_0.2O₄)₃电解质的钠-硫电池研究，研究成果以“A Monolithic Solid-State Sodium−Sulfur Battery with Al-Doped Na_3.4Zr₂(Si_0.8P_0.2O₄)₃ Electrolyte”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。

本研究通过Al离子掺杂提高了NASICON结构Na_3.4Zr₂(Si_0.8P_0.2O₄)₃ (NZSP)固体电解质的离子电导率，在50^oC下离子电导率达到4.43 ´ 10^-3 S cm^-1，并设计了具有独特一体化结构的电解质，由中间薄的致密层和两侧多孔层构成，有效地解决了固态电池电解质/电极界面接触差的问题，实现了在50^oC下稳定运行的高性能固态钠硫电池。这项工作为改善固体电解质离子电导率和降低固态电池界面阻抗提供了新颖而有效的方法，在电动汽车电源和固定式储能电站等方面具有潜在的应用。  

 

 

图一 精修的中子粉末衍射图谱：

（a）未掺杂Na3.4Zr2(Si0.8P0.2O4)3；

(b)铝离子掺杂的Na_3.5Zr_1.9Al_0.1Si_2.4P_0.6O₁₂；

（c）Na_3.5Zr_1.9Al_0.1Si_2.4P_0.6O₁₂的晶体结构示意图。

 

图二

（a）固态钠-硫电池示意图

(b)不同电流密度条件下的充放电曲线

（c）钠硫电池的循环性能

  该工作获得国家自然科学基金（No. 51672029）、北京凝聚态物理国家研究中心开放课题基金、中国矿业大学（北京）学科建设项目等资助。

  论文作者：卢亮（博士生），卢瑶，José Antonio Alonso （通讯作者）, Carlos Alberto López, Maria Teresa Fernández-Díaz, 邹炳锁，孙春文（通讯作者）。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c13000