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Feasibility study on high-energy-density almost-solid-state sodium batteries with thin ceramic Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 separators

Lowack, Ansgar und Anton, Rafael und Wagner, Dörte und Bhardwaj, Monika und Prünte, Stephan und Dashjav, Enkhtsetseg und Nikolovski, Kristian und Tietz, Frank und Wätzig, Katja und Kuznezoff, Michails und Partsch, Mareike und Michaelis, Alexander (2025) Feasibility study on high-energy-density almost-solid-state sodium batteries with thin ceramic Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 separators. Materials Technology, 40 (1). Taylor & Francis. doi: 10.1080/10667857.2025.2560836. ISSN 1066-7857.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10667857.2025.2560836

Kurzfassung

This study investigates the feasibility and limitations of almost-solid-state sodium batteries (Na-aSSBs) as novel energy storage solutions. The cell concept comprises a sodium metal anode, a tape-cast Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 solid electrolyte, and a Na3V2(PO4)3 cathode with liquid electrolyte. The impact of the Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 separator and sodium electrode on total cell resistance is evaluated in symmetric Na| Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12|Na cells, demonstrating an ultra-low Ohmic resistance below 10 Ωcm². The Na-aSSB achieved (85 ± 1) % of the theoretical cathode capacity and energy densities up to (239 ± 10) Wh/l at the cell level, among the highest reported for similar concepts. Cycling stability shows a Coulombic efficiency exceeding 99% over 70 cycles at a 2-h discharge rate. Five performance-limiting factors were identified: initial cathode resistance, degrading cell resistance during cycling, insufficient mechanical strength of the separator, dendrite formation, and non-optimized energy density. Suggested approaches to address these limitations highlight the technological potential of Na-aSSBs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220189/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Feasibility study on high-energy-density almost-solid-state sodium batteries with thin ceramic Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 separators
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lowack, Ansgaransgar.lowack (at) ikts.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Anton, RafaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, DörteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bhardwaj, MonikaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prünte, StephanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dashjav, Enkhtsetsegenkhtsetseg.dashjav (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7823-7759199020171
Nikolovski, KristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tietz, Frankf.tietz (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wätzig, KatjaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuznezoff, MichailsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Partsch, MareikeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michaelis, AlexanderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 September 2025
Erschienen in:Materials Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:40
DOI:10.1080/10667857.2025.2560836
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:1066-7857
Status:veröffentlicht
Stichwörter:almost solid state battery soium battery solid electrolyte tape casting
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels > Solarchemische Verfahrensentwicklung
Institut für Future Fuels
Hinterlegt von: Dashjav, Enkhtsetseg
Hinterlegt am:08 Dez 2025 12:07
Letzte Änderung:08 Dez 2025 12:07

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