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A weakly solvating solvent-based quasi-solid electrolyte for sodium metal batteries

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Law, Ho Mei ; Wang, Zilong ; Xu, Shengjun ; Shen, Longyun ; Py, Baptiste ; Wang, Yuhao ; Siegel, Renée ; Senker, Jürgen ; Wang, Qingsong ; Ciucci, Francesco:
A weakly solvating solvent-based quasi-solid electrolyte for sodium metal batteries.
In: Energy & Environmental Science. Bd. 18 (2025) Heft 19 . - S. 8838-8848.
ISSN 1754-5706
DOI: https://doi.org/10.1039/D5EE02153G

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Enthüllung der mikrostrukturellen und elektrochemischen Entwicklung einer Si/Sn-Nanofaserverbundanode für Lithium-Ionen-Batterien
533115776

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Sodium-ion batteries represent a more sustainable and, potentially, cost-effective alternative to lithium-ion technology, with sodium–metal anodes showing promise for achieving high-energy densities. However, the strong reactivity between sodium–metal and conventional liquid electrolytes leads to unstable solid electrolyte interphases, undermining battery performance and safety. To address this challenge, this work introduces a novel weakly solvating quasi-solid electrolyte. This electrolyte is fabricated via in situ polymerization of polyethylene glycol diacrylate with sodium bis(fluorosulfonyl)imide in a mixed solvent system of 2-methyltetrahydrofuran and cyclopentyl methyl ether, which enables targeted manipulation of the solvation of the sodium cation. Computational and spectroscopic analyses reveal that this design promotes anion-dominated solvation, facilitates the formation of a robust anion-derived solid electrolyte interphase, suppresses dendrite formation, and enhances stability and cell performance. Batteries using this weakly solvating solvent-based quasi-solid electrolyte achieve an average coulombic efficiency of 98.4 over 400 cycles (at 0.5 mA cm−2, 0.5 mAh cm−2 in half-cell tests) and retain a capacity of 1077 mAh g−1 (based on sulfur content) over 250 cycles when paired with sulfurized polyacrylonitrile cathodes. These findings establish a new paradigm for developing practical, high-performance sodium–metal batteries.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie III > Lehrstuhl Anorganische Chemie III - Univ.-Prof. Dr. Jürgen Senker
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Elektrodendesign elektrochemischer Energiespeicher > Lehrstuhl Elektrodendesign elektrochemischer Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Francesco Ciucci
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Nordbayerisches Zentrum für NMR-Spektroskopie - NMR-Zentrum
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 20 Okt 2025 11:57
Letzte Änderung: 20 Okt 2025 11:57
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/94939