近年來，鈉離子電池因其豐富的資源儲量、理想的成本效益和與鋰離子電池相似的電化學(xué)儲能機(jī)制被廣泛研究。然而，當(dāng)電池處于低溫環(huán)境下工作時(shí)，緩慢的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)會導(dǎo)致嚴(yán)重容量損失、壽命衰減、充放電能力受限甚至出現(xiàn)安全問題。設(shè)計(jì)低凝固點(diǎn)的新型電解液，構(gòu)建均勻、穩(wěn)定且能保證Na+快速傳輸?shù)碾姌O/電解液界面，是實(shí)現(xiàn)鈉離子電池在低溫下高性能穩(wěn)定運(yùn)行的有效途徑。
針對上述問題，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院王鵬飛教授課題組設(shè)計(jì)了一種低濃度的醚類電解液，抑制了低溫下的鹽析出現(xiàn)象，并在低溫下形成了有機(jī)成分主導(dǎo)的穩(wěn)定的整體式電極/電解液界面，促進(jìn)了Na+在低溫環(huán)境下的快速傳輸。電化學(xué)測試與分子動力學(xué)模擬的結(jié)果共同表明，該電解液的在低溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的動力學(xué)特性，有效降低了低溫下不利的極化和顯著增大的電化學(xué)阻抗。Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O正極和硬碳負(fù)極在﹣30℃的低溫環(huán)境下分別展現(xiàn)出92.5%和93.1%的高容量保持率，同時(shí)具備出色的長循環(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作系統(tǒng)性地研究了低溫環(huán)境下電解液與界面的變化，對極端環(huán)境電解液的設(shè)計(jì)與電極/電解液界面的研究提供了重要參考。
該研究成果以《整體式電極/電解液界面促進(jìn)低溫下鈉離子的快速傳輸》（Monolithic Interphase Enables Fast Kinetics for High-Performance Sodium-Ion Batteries at Subzero Temperature）為題，發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大學(xué)博士生馮意虎為本文第一作者，西安交通大學(xué)王鵬飛教授、武漢理工大學(xué)尤雅教授、華中科技大學(xué)吉曉研究員和浙江大學(xué)陸俊教授為本文共同通訊作者。論文第一單位為西安交通大學(xué)電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新型儲能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃、電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、陜西省“高層次人才引進(jìn)計(jì)劃”、江蘇聚烽新能源科技有限公司、西安交通大學(xué)思源學(xué)者、中央高?；A(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)等資助。表征及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
針對上述問題，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院王鵬飛教授課題組設(shè)計(jì)了一種低濃度的醚類電解液，抑制了低溫下的鹽析出現(xiàn)象，并在低溫下形成了有機(jī)成分主導(dǎo)的穩(wěn)定的整體式電極/電解液界面，促進(jìn)了Na+在低溫環(huán)境下的快速傳輸。電化學(xué)測試與分子動力學(xué)模擬的結(jié)果共同表明，該電解液的在低溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的動力學(xué)特性，有效降低了低溫下不利的極化和顯著增大的電化學(xué)阻抗。Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O正極和硬碳負(fù)極在﹣30℃的低溫環(huán)境下分別展現(xiàn)出92.5%和93.1%的高容量保持率，同時(shí)具備出色的長循環(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作系統(tǒng)性地研究了低溫環(huán)境下電解液與界面的變化，對極端環(huán)境電解液的設(shè)計(jì)與電極/電解液界面的研究提供了重要參考。
該研究成果以《整體式電極/電解液界面促進(jìn)低溫下鈉離子的快速傳輸》（Monolithic Interphase Enables Fast Kinetics for High-Performance Sodium-Ion Batteries at Subzero Temperature）為題，發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大學(xué)博士生馮意虎為本文第一作者，西安交通大學(xué)王鵬飛教授、武漢理工大學(xué)尤雅教授、華中科技大學(xué)吉曉研究員和浙江大學(xué)陸俊教授為本文共同通訊作者。論文第一單位為西安交通大學(xué)電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新型儲能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃、電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、陜西省“高層次人才引進(jìn)計(jì)劃”、江蘇聚烽新能源科技有限公司、西安交通大學(xué)思源學(xué)者、中央高?；A(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)等資助。表征及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
