Lowack, Ansgar and Anton, Rafael and Wagner, Dörte and Bhardwaj, Monika and Prünte, Stephan and Dashjav, Enkhtsetseg and Nikolovski, Kristian and Tietz, Frank and Wätzig, Katja and Kuznezoff, Michails and Partsch, Mareike and 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.
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Official URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10667857.2025.2560836
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/220189/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Feasibility study on high-energy-density almost-solid-state sodium batteries with thin ceramic Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12 separators | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 1 September 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Materials Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1080/10667857.2025.2560836 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Taylor & Francis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1066-7857 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | almost solid state battery soium battery solid electrolyte tape casting | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Chemical Energy Carriers | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SW - Solar and Wind Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Solar Fuels | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Future Fuels > Solar-Chemical Process Development Institute of Future Fuels | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Dashjav, Dr Enkhtsetseg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 08 Dec 2025 12:07 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 19 Dec 2025 09:31 |
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