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NASICON结构钠离子固体电解质及固态钠电池应用研究进展 被引量:6
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作者 杨菁 刘高瞻 +1 位作者 沈麟 姚霞银 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第5期1284-1299,共16页
钠离子电池由于原料成本低廉、来源广泛,被视作锂离子电池最具竞争力的替代体系之一。然而,传统钠离子电池中使用易燃的有机电解液存在漏液、燃烧乃至爆炸的安全隐患。NASICON结构固体电解质材料具有安全性能高、稳定性良好、成本低廉... 钠离子电池由于原料成本低廉、来源广泛,被视作锂离子电池最具竞争力的替代体系之一。然而,传统钠离子电池中使用易燃的有机电解液存在漏液、燃烧乃至爆炸的安全隐患。NASICON结构固体电解质材料具有安全性能高、稳定性良好、成本低廉、环境友好等优点,可代替有机电解液与隔膜从而实现固态钠电池,是能源存储领域的研究热点。然而其电导率仍需进一步提升、与电极间界面阻抗大的问题,限制了其进一步应用。针对目前NASICON结构固体电解质存在的问题,本文首先介绍了其晶体结构和钠离子传输机理,分析了影响晶粒电导率和晶界电导率的主要因素,分别总结了提高晶粒电导率和晶界电导率的改性方法,指出合适离子取代、提高物相纯度和致密度是电导率提高的有效途径。此外,本文阐述了NASICON结构固体电解质材料在固态钠电池应用中存在的界面问题,总结分析了现有界面改性的策略,指出对新型修饰材料和复合材料的探索有望进一步改善固体电解质与电极的界面特性。最后,对NASICON结构固体电解质材料的研究进行了展望。 展开更多
关键词 离子固体电解质 NASICON结构 离子电导率 界面改性 固态钠电池
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基于无机钠离子导体的固态钠电池研究进展 被引量:3
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作者 彭林峰 贾欢欢 +3 位作者 丁庆 赵宇明 谢佳 程时杰 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第5期1370-1382,共13页
锂离子电池的迅速发展导致锂价格上涨,另外,锂资源地壳储量低且分布不均,引起了人们对锂离子电池替代品的研究。钠资源丰富且与锂有相似的化学性质,使得钠离子电池受到广泛关注。基于不可燃无机固态电解质的固态钠电池,兼具高安全和低... 锂离子电池的迅速发展导致锂价格上涨,另外,锂资源地壳储量低且分布不均,引起了人们对锂离子电池替代品的研究。钠资源丰富且与锂有相似的化学性质,使得钠离子电池受到广泛关注。基于不可燃无机固态电解质的固态钠电池,兼具高安全和低成本的优势,成为规模化储能领域非常有前景的储能器件。经过不懈努力,适用于固态钠电池的电解质已经被陆续开发,包括常见的β-Al2O3、NASICON型、硫化物型固态电解质以及新型富钠反钙钛矿和复合氢化物等。这些钠离子固态电解质经过合成条件优化、元素取代或置换、结构调控等手段,室温离子电导率可达10-3 S/cm以上,已经完全可满足实用需求。但是,固态钠电池的实际应用依然受到较大挑战,主要是固态电池中电解质与正负极材料间的化学、电化学相容性差,以及固-固界面接触问题。本文通过梳理近些年与固态钠电池相关的研究,总结了不同类型固态电解质应用到固态钠电池过程中遇到的机遇和挑战,以及相应解决策略,同时讨论了固态钠电池未来可能的发展方向和趋势。总的来说,主要通过引入离子液体或聚合物、多孔结构设计、电解质包覆,以及复合正极设计等方式,提升固态钠电池电化学稳定性。 展开更多
关键词 固态钠电池 固态电解质 离子电导率 电化学稳定性 固-固界面
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基于Na-BP-DME@C阳极的长寿命准固态钠-空气电池
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作者 赵振刚 牛文辉 +4 位作者 姚正银 侯敏杰 解志鹏 张达 梁风 《有色金属科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第2期204-211,共8页
钠-空气电池因其能量密度高、成本低而成为金属-空气电池领域的研究热点。然而,以金属钠为阳极的钠-空气电池存在钠枝晶生长、金属钠界面稳定性差以及金属钠的反应活性高等问题,限制了钠-空气电池的快速发展。为解决上述问题,将联苯钠... 钠-空气电池因其能量密度高、成本低而成为金属-空气电池领域的研究热点。然而,以金属钠为阳极的钠-空气电池存在钠枝晶生长、金属钠界面稳定性差以及金属钠的反应活性高等问题,限制了钠-空气电池的快速发展。为解决上述问题,将联苯钠与导电炭黑复合材料Na-BP-DME@C作为阳极,单壁碳纳米角(SWCHNs)作为催化剂,构建准固态钠-空气电池。基于Na-BP-DME@C阳极的准固态钠-空气电池表现出优异的电化学性能,其电压差为1.5 V,功率密度为3.32 mW/cm^(2),在0.1 mA/cm^(2)电流密度下可稳定循环459 h(约459次)。 展开更多
关键词 固态-空气电池 Na-BP-DME@C阳极 长寿命
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全固态钠离子电池硫系化合物电解质 被引量:9
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作者 陈光海 白莹 +2 位作者 高永晟 吴锋 吴川 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第5期44-62,共19页
全固态钠离子电池具有资源丰富、安全性高等优势,作为未来大规模储能的重要选择而成为近年来先进二次电池前沿研究热点。钠离子硫系化合物电解质室温离子电导率高、弹性模量高、容易冷压成型,能增强电极/电解质界面接触、减小界面阻抗... 全固态钠离子电池具有资源丰富、安全性高等优势,作为未来大规模储能的重要选择而成为近年来先进二次电池前沿研究热点。钠离子硫系化合物电解质室温离子电导率高、弹性模量高、容易冷压成型,能增强电极/电解质界面接触、减小界面阻抗、缓冲电极材料在充放电过程中的应力/应变,是全固态钠离子电池的研究重点。本文对钠离子硫系化合物固态电解质的结构及性质进行了总结,讨论了硫系化合物电解质的本征特性、与电极的界面稳定性,并介绍了硫系化合物全固态钠离子电池的研究现状,最后分析了硫系化合物电解质面临的挑战及今后的发展方向。 展开更多
关键词 固态离子电池 硫系化合物电解质 电导率 化学稳定性 界面
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MOFs基固体电解质在钠离子电池中的应用进展
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作者 周志远 王春梅 +4 位作者 张嘉 孙鑫垚 张瑶 丁大千 高艳芳 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期21-26,共6页
传统钠离子电池常使用液体有机电解质,存在热失控等安全问题。而固态电解质具有高安全性和高能量密度,因而成为下一代储能设备材料最有潜力的候选者。金属有机骨架(MOFs)由金属节点和有机连接器构成,具有高孔隙率、高比表面积和有序孔道... 传统钠离子电池常使用液体有机电解质,存在热失控等安全问题。而固态电解质具有高安全性和高能量密度,因而成为下一代储能设备材料最有潜力的候选者。金属有机骨架(MOFs)由金属节点和有机连接器构成,具有高孔隙率、高比表面积和有序孔道,是设计快速离子导电材料的一个很有前途的结构平台。基于MOFs结构的多样性和可修饰性,介绍几种导钠离子MOFs基固体电解质的研究设计,包括引入掺杂相应阴离子钠盐的离子液体或有机溶剂、钠化处理、枝接与电解质离子相互作用的官能团和与聚合物复合的杂化材料。 展开更多
关键词 固态离子电池 金属有机骨架 固体电解质 离子电导率
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钠离子硫化物固态电解质研究进展 被引量:2
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作者 贾曼曼 张隆 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第5期1266-1283,共18页
全固态钠离子电池由正极、固态电解质和负极三部分组成,固态电解质作为导通离子隔绝电子的核心部件,既需要高的离子电导率,又要求良好的电解质-电极的固固接触和界面稳定性以维持有效的离子传输。硫化物电解质因具有众多优势而备受关注... 全固态钠离子电池由正极、固态电解质和负极三部分组成,固态电解质作为导通离子隔绝电子的核心部件,既需要高的离子电导率,又要求良好的电解质-电极的固固接触和界面稳定性以维持有效的离子传输。硫化物电解质因具有众多优势而备受关注。近年来,在提高其离子电导率方面已取得较大进展,在对其化学稳定性、与电极材料的界面稳定性等方面研究还在不断深入。本文通过对近期相关文献的梳理,讨论了目前钠离子硫化物无机固态电解质的发展概况,分别对硫化物电解质的制备工艺、结构以及电导率做了系统评述,着重介绍了机械化学合成、固相烧结以及化学液相合成的方法,系统分析了基于Na3PS4和Na3SbS4的三元硫化物及基于Na11Sn2PS12和Na11Sn2SbS12的四元硫化物的成分设计策略,重点总结了阴离子和阳离子掺杂所导致的钠离子空位/间隙、离子结合能、晶格软化、钠离子分布、结构对称性等变化对优化离子输运的作用机制。同时,总结了基于硫化物电解质的全固态钠电池界面特性的研究进展,主要分析了正极-电解质固固接触的改善策略和金属负极-电解质界面失效机理和稳定性提升措施,表明解决界面问题的紧迫性。最后,展望了钠离子硫化物电解质下一步可能的发展方向。 展开更多
关键词 硫化物电解质 固态钠电池 制备工艺 离子电导率 界面
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无机钠离子电池固体电解质研究进展 被引量:7
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作者 徐来强 李佳阳 +3 位作者 刘城 邹国强 侯红帅 纪效波 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第5期75-82,共8页
地球上钠资源储量丰富、成本低廉,使得钠电池吸引了越来越多研究者的关注。传统的基于有机溶剂电解液体系的钠电池在安全方面存在不足。固态钠离子电池能够有效解决安全的问题,增加电池的安全性能。固态钠离子电池是一种很有前景的储能... 地球上钠资源储量丰富、成本低廉,使得钠电池吸引了越来越多研究者的关注。传统的基于有机溶剂电解液体系的钠电池在安全方面存在不足。固态钠离子电池能够有效解决安全的问题,增加电池的安全性能。固态钠离子电池是一种很有前景的储能方式。钠离子固体电解质主要有Na-β-Al2O3、钠超离子导体(NASICON)、硫化物、聚合物以及硼氢化物这几类。无机固体电解质相对于聚合物固体电解质,离子电导率有优势。本文总结了三种常见的无机钠离子固体电解质:Na-β-Al2O3、NASICON、硫化物的研究进展,从离子电导率和界面稳定性等方面阐述了近年来的发展。 展开更多
关键词 固态离子电池 安全 无机离子固体电解质 离子电导率 界面
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硒化锑储钠机制的原位透射电镜研究
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作者 曹鑫亭 冉乐观 +6 位作者 华泽 曲双全 吴子祺 暴丽霞 杨文 张磊宁 邵瑞文 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期635-642,共8页
锑基材料因其高理论容量、低工作电压、高电子电导等优良特性而备受关注,有望成为大型储能钠离子电池的负极材料。本研究采用原位透射电子显微技术研究了Sb_(2)Se_(3)单晶嵌钠过程中的微观结构演化,详细揭示了Sb_(2)Se_(3)嵌钠过程中的... 锑基材料因其高理论容量、低工作电压、高电子电导等优良特性而备受关注,有望成为大型储能钠离子电池的负极材料。本研究采用原位透射电子显微技术研究了Sb_(2)Se_(3)单晶嵌钠过程中的微观结构演化,详细揭示了Sb_(2)Se_(3)嵌钠过程中的反应机制,并阐明了反应界面处的电化学-力学耦合行为。Sb_(2)Se_(3)在钠化过程中经历了多个反应步骤,包括嵌入、转化以及合金化反应,最终产物被确认为Na_(2)Se和Na_(3)Sb。通过原位实验发现表界面上钠离子的迁移速率明显快于体相内部,导致反应前沿形成凹形的非晶-晶体界面。进一步的有限元分析表明凹形的相界面有助于减缓电化学过程中的机械力学失效。此外,界面附近存在位错和晶格扭曲,这些缺陷导致应力的释放,有利于维持钠化过程中的结构稳定性。这些发现阐明了Sb_(2)Se_(3)钠化过程中的原子级机制,为锑基材料钠离子电池的研发提供了重要的理论依据。 展开更多
关键词 固态离子电池 硒化锑 原位透射电子显微学
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钠离子固体电解质材料研究进展 被引量:9
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作者 刘丽露 戚兴国 +5 位作者 邵元骏 潘都 白莹 胡勇胜 李泓 陈立泉 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第5期961-980,989,1083,1093,共23页
钠离子电池因为其资源丰富、低成本的优势,越来越受到研究人员的关注。国内外多家企业已经将钠离子电池列入了发展计划,其产业化近在咫尺。与已经商业化的锂离子电池一样,目前钠离子电池大部分使用的是有机液体电解液,在提供高离子电导... 钠离子电池因为其资源丰富、低成本的优势,越来越受到研究人员的关注。国内外多家企业已经将钠离子电池列入了发展计划,其产业化近在咫尺。与已经商业化的锂离子电池一样,目前钠离子电池大部分使用的是有机液体电解液,在提供高离子电导率的同时,也存在着电解液易泄露、易燃烧等安全性问题。固态电池采用固体电解质代替传统的有机液体电解液,拥有安全性能好、能量密度高等优点,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。在锂离子电池大力研究固态锂电池的同时,研究人员也在同步摸索着固态钠电池。钠电池的固体电解质材料主要有无机固体电解质Na-beta-Al_2O_3、NASICON型、硫化物、有机聚合物以及硼氢化物这几类。本文主要按照固体电解质类型评述了固体电解质材料的发展以及相应的固态钠电池研究进展。 展开更多
关键词 固体电解质材料 固态钠电池 离子电导率 储能
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Designing Conformal Electrode-electrolyte Interface by Semi-solid NaK Anode for Sodium Metal Batteries
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作者 YIN Chunsen CHEN Zeyuan WANG Xiuli 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期191-201,共11页
Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for the low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interf... Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for the low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interfacial contact in solid-state electrolytes has hindered the commercialization of SSNBs.Driven by the concept of intimate electrode-electrolyte interface design,this study employs a combination of sodium-potassium(NaK)alloy and carbon nanotubes to prepare a semi-solid NaK(NKC)anode.Unlike traditional Na anodes,the paintable paste-like NKC anode exhibits superior adhesion and interface compatibility with both current collectors and gel electrolytes,significantly enhancing the physical contact of the electrode-electrolyte interface.Additionally,the filling of SiO_(2) nanoparticles improves the wettability of NaK alloy on gel polymer electrolytes,further achieving a conformal interface contact.Consequently,the overpotential of the NKC symmetric cell is markedly lower than that of the Na symmetric cell when subjected to a long cycle of 300 hrs.The full cell coupled with Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2) cathodes had an initial discharge capacity of 106.8 mAh·g^(-1) with a capacity retention of 89.61%after 300 cycles,and a high discharge capacity of 88.1 mAh·g^(-1) even at a high rate of 10 C.The outstanding electrochemical performance highlights the promising application potential of the NKC electrode. 展开更多
关键词 Solid-state Na metal battery NaK alloy Gel electrolyte Electrode-electrolyte interface dendrite free anode
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Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)固态电解质研究进展 被引量:1
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作者 郭俊 张宏 +1 位作者 吴勇民 汤卫平 《电源技术》 CAS 北大核心 2022年第2期109-114,共6页
钠离子电池具有资源丰富、能量密度高等优点,使用固态电解质的固态钠电池兼具高安全性成为研究热点。固态电解质是超离子导体,是固态电池关键材料。Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)是钠超离子导体(NASICON)中最具代表性的固态电解质材料。总... 钠离子电池具有资源丰富、能量密度高等优点,使用固态电解质的固态钠电池兼具高安全性成为研究热点。固态电解质是超离子导体,是固态电池关键材料。Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)是钠超离子导体(NASICON)中最具代表性的固态电解质材料。总结了Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)材料的结构、离子传输机制及其相互关系,旨在从机理上理解Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)固态电解质中钠离子传输性能;总结了主要制备方法,指出了不同方法的优缺点;在提升离子电导率方面,对合成工艺、掺杂、界面因素进行了总结,力求归纳和探索合成高性能钠离子固态电解质的途径。 展开更多
关键词 NASICON结构 离子固态电池 固态电解质 Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12) 离子电导率
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All-solid-state Sodium-ion Batteries:A Leading Contender in the Next-generation Battery Race 被引量:1
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作者 Rui-Jie Zhu Ze-Chen Li +3 位作者 Wei Zhang Akira Nasu Hiroaki Kobayashi Masaki Matsui 《电化学(中英文)》 北大核心 2024年第12期21-27,共7页
All-solid-state lithium-ion batteries(LIBs)using ceramic electrolytes are considered the ideal form of rechargeable batteries due to their high energy density and safety.However,in the pursuit of all-solid-state LIBs,... All-solid-state lithium-ion batteries(LIBs)using ceramic electrolytes are considered the ideal form of rechargeable batteries due to their high energy density and safety.However,in the pursuit of all-solid-state LIBs,the issue of lithium resource availability is selectively overlooked.Considering that the amount of lithium required for all-solidstate LIBs is not sustainable with current lithium resources,another system that also offers the dual advantages of high energy density and safetydall-solid-state sodium-ion batteries(SIBs)dholds significant sustainable advantages and is likely to be the strong contender in the competition for developing next-generation high-energy-density batteries.This article briefly introduces the research status of all-solid-state SIBs,explains the sources of their advantages,and discusses potential approaches to the development of solid sodium-ion conductors,aiming to spark the interest of researchers and attract more attention to the field of all-solid-state SIBs. 展开更多
关键词 All-solid-state sodium-ion batteries All-solid-state lithium-ion batteries Solid-state electrolyte Sodium super ionic conductor Machine learning
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Designing Conformal Electrode-electrolyte Interface by Semi-solid NaK Anode for Sodium Metal Batteries
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作者 YIN Chunsen CHEN Zeyuan WANG Xiuli 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期533-543,共11页
Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for its low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interf... Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for its low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interfacial contact in solid-state electrolytes has hindered the commercialization of SSNBs.Driven by the concept of intimate electrode-electrolyte interface design,this study employs a combination of NaK alloy and carbon nanotubes to prepare a semi-solid NaK(NKC)anode.Unlike traditional Na anodes,the paintable paste-like NKC anode exhibits superior adhesion and interface compatibility with both current collectors and gel electrolytes,significantly enhancing the intimate contact of electrode-electrolyte interface.Additionally,the filling of SiO_(2)nanoparticles improves the wettability of NaK alloy on gel polymer electrolytes,further achieving a conformal interface contact.Consequently,the overpotential of the NKC symmetric cell is markedly lower than that of the Na symmetric cell when subjected to a long cycle of 300 h.The full cell coupled with Na_(3)V_(3)(PO_(4))_(2)cathodes had an initial discharge capacity of 106.8 mAh·g^(-1)with a capacity retention of 89.61%after 300 cycles,and a high discharge capacity of 88.1 mAh·g^(-1)even at a high rate of 10 C.The outstanding electrochemical performance highlights the promising application potential of the NKC electrode. 展开更多
关键词 Solid-state Na metal battery NaK alloy Gel electrolyte electrode-electrolyte interface dendrite free anode
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Modification of NASICON electrolyte in solid sodium-ion batteries——A short review
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作者 WU Si-hao YU Hai-qing +3 位作者 HU Chen-yang FU Yu CHEN Fu-liang LI Wei-jie 《Journal of Central South University》 CSCD 2024年第12期4510-4535,共26页
In recent years,the development and research of electrochemical energy storage systems that can efficiently transform chemical energy into electrical energy with a long service life have become a key area of study.Sod... In recent years,the development and research of electrochemical energy storage systems that can efficiently transform chemical energy into electrical energy with a long service life have become a key area of study.Sodium-ion batteries,leveraging their chemical similarity to lithium-ion batteries,along with their abundant resources and low cost,are seen as a viable alternative to lithium-ion batteries.Additionally,all-solid-state sodium-ion batteries have drawn significant attention due to safety considerations.Among the solid electrolytes for all-solid-state sodium-ion batteries,the NASICON solid-state electrolyte emerges as one of the most promising choices for sodium battery solid electrolytes.However,to date,there has not been a comprehensive review summarizing the existing problems of NASICON electrolyte materials and the corresponding specific modification methods.This review simply summarizes the present issues of NASICON for all-solid-state sodium-ion batteries,such as,the low ionic conductivity,the poor interface stability and compatibility,and the dendrite formation.Then,the corresponding solutions to address these issues are discussed,including the ion doping,the interface modification,the sintering parameters optimization,and the composite electrolytes regulation.Finally,the perspectives of NASICON solid-state electrolyte are discussed. 展开更多
关键词 solid-state sodium-ion batteries NASICON electrolyte ionic conductivities interface stability improvement strategies
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