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基于Na2S·9H2O制备的Na3SbS4固态电解质及热机制作用电导率性能研究
作者: irglass 时间: 2022-12-12 浏览:461 次

       近日,我室研究生梁波(第一作者)和焦清副研究员(通讯作者)在Ceramics International期刊上发表了题为“Physical and electrochemical behavior of affordable Na3SbS4 solid electrolyte at different heat treatment temperatures”的论文(48, 30144-30150, 2022 )。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.287

       近年来,随着我国清洁能源的迅速发展,锂资源匮乏,分布不均,开发利用困难等问题逐渐突出,研发新型可替代的电池或储能技术势在必行。因此,高容量且价格低廉的全固态钠离子电池应运而生。全固态钠离子电池可以通过使用固态电解质代替液态电解质来降低安全风险。硫化物固态电解质由于具有烧结温度低、室温离子电导率高、可塑性好,晶界电阻低等诸多优点,被视作一种很有前途的无机 固体电解质应用于全固态钠离子电池中。

       本工作采用价格仅为高纯Na2S五分之一、高安全性的Na2S·9H2O原材料,通过高能球磨法合成了Na3SbS4固态电解质。随后对其进行差示扫描量热测试发现Na3SbS4固态电解质在不同的热处理温度下存在不同的吸热峰,通过X射线衍射分析、拉曼光谱、扫描电子显微镜和电化学测试研究了其不同的热处理温度下的结构和电化学性能。结果表明,在 300 °C 热处理后形成了包含立方相和四方相的多相 Na3SbS4 结构。此外,在 600 °C 进一步加热后,推断出 Na3SbS4 的第三次相变。该相结构通过在室温 (25 °C) 下将离子电导率提高至 0.54 mS cm-1 并将活化能降低至 0.076 eV,有助于电化学性能的进一步提高。这项工作提供了一种具有良好的电化学性能且经济实惠的材料,不仅简化了制备工艺,而且大大降低了制备风险,为后续钠离子导体电解质材料的改进提供可行性参考。

图1 在不同温度下加热的Na3SbS4固态电解质粉末的 (a) XRD 图谱,(b) 显示其低角度细节, (c) 沿a轴观察的α-Na3SbS4 和 (d) β-Na3SbS4的晶体结构图。