近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠?guī)浹芯繂T團隊與中國科學技術(shù)大學余彥教授團隊以及中科院寧波材料所姚霞銀研究員團隊合作，構(gòu)筑了聚合物固態(tài)電解質(zhì)和正極材料的一體化集成系統(tǒng)，有效降低了固固界面阻抗，顯著提高了電子、離子和電荷的傳輸效率，研制出高比能、柔性的全固態(tài)鈉電池。

鈉資源豐富、成本低，所以鈉離子電池被認為是大規(guī)模儲能的理想器件。傳統(tǒng)的鈉離子電池多采用液態(tài)電解質(zhì)，容易出現(xiàn)漏液、燃燒等問題，而使用固態(tài)鈉離子電解質(zhì)取代易燃的有機液態(tài)電解液，可有效提高電池的安全性。但是，固態(tài)鈉電池的發(fā)展也存在著問題：(1)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低;(2)固態(tài)電解質(zhì)與電極間的界面接觸差;(3)電極材料在脫嵌鈉離子過程中的體積變化大，導(dǎo)致固態(tài)電池的內(nèi)阻大、容量低、壽命短。因此，急需發(fā)展更加高效的解決方法來克服固態(tài)鈉離子電池中存在的各種問題，以滿足商業(yè)化應(yīng)用的需求。

該團隊一方面設(shè)計并發(fā)展了光固化聚合法，制備出一種新型聚合物固態(tài)電解質(zhì)，所得電解質(zhì)在室溫下的離子電導(dǎo)率高達10-4 S/cm，且具有極好的柔韌性;另一方面利用溶膠凝膠法制備了薄層碳(5 nm)修飾的磷酸釩鈉正極材料，提高了材料的電子、離子和電荷的傳輸效率。在此基礎(chǔ)上，該團隊構(gòu)筑了聚合物電解質(zhì)/電極材料一體化的集成系統(tǒng)，有效加強了固固界面接觸，降低了電池界面阻抗，研制出高比能、長壽命的柔性固態(tài)鈉電池。該電池可以在0.5 C倍率下穩(wěn)定循環(huán)740次，且每次的容量衰減率僅為0.007%。該電池擱置3個月后，容量保留率仍高達95%，表明自放電率極低。軟包鈉電池在平鋪和彎折狀態(tài)下循環(huán)535次后，仍可提供高達355 Wh/kg的能量密度。該工作的設(shè)計策略為高比能柔性全固態(tài)鈉電池的發(fā)展和應(yīng)用提供了新的方向。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項目的資助。