雷竞技-电池也“怕冷”？他们破解钠金属电池的“低温焦虑”—新闻—科学网

寒潮将至，你有无如许的懊恼：气温下降，良多电池不但充不进电，续航能力还会年夜打扣头，乃至“冻到关机”。

近日，中国科学院姑苏纳米所研究员吴晓东、河海年夜学传授许晶晶与中国科学院物理所研究员李泓等合作，发此刻低暖和快速充电前提下，一种新型电解液能让钠金属电池揭示出优良机能。该研究功效颁发在《进步前辈功能材料》。

该功效也获得了评审高度承认，“该工作报导了一系列具有分歧氟代位点的乙酸乙酯基电解液，并将其利用在超低温快充钠金属电池中。我认为该工作的主要性和立异性到达该范畴的前5%，工作整体评分可达该范畴的前15%。”

电池也想“蛰伏”

一到冬季，很多人城市感觉，好好的电池怎样不由用了？不论是手机仍是电动汽车，充电慢、失落电快，成了遍及的问题。

本来，这和电池的组织有关。除正负极外，电解液也阐扬侧重要感化，就像是电池的“血液”，让导电离子能顺畅地在正负极之间来回穿梭，存储或释放电能。同时，在电池充放电进程中，电解液还能在电极概况分化并构成一层庇护膜，即SEI层（固体电解质界面）避免电极与电解液间延续的副反映产生，从而耽误电池寿命。

“今朝，钠金属电池因为原料丰硕、本钱低廉、能量密度高，成为电化学储能范畴取代锂电池的抱负选择之一。”论文通信作者吴晓东告知《中国科学报》，但是低温会较着影响钠金属电池的表示，“我们认为今朝影响钠金属电池低温机能的要害身分仍是电解液。”

简单来讲，钠金属电池中，钠离子经由过程在正负极间的迁徙来实现电能的存储和释放，其在电解液中的传输就像一场接力赛：假如把钠离子看作接力棒，电解液中溶剂份子间彼此感化构成的溶剂化布局就是交代棒的活动员，钠离子经由过程溶剂化布局快速传输。这场接力赛的终点是电极，钠离子要解脱电解液，穿过“守门”的SEI层，才能抵达钠电极界面，并平均地沉积，这对电池的充放电相当主要。

“今朝经常使用的贸易电解液年夜多为碳酸酯基电解液，这些电解液存在低温易凝固、离子传输动力学迟缓、脱溶势垒高和界面不变性差等问题，严重影响了钠离子的迁徙和电池的低温机能。”吴晓东告知记者，假如能找到一种新型电解液，增进钠离子在负极侧实现不变的剥离和沉积，或许能更快速高效地实现钠金属电池的财产化。

钠金属电池新思绪

2011年，对准进步前辈电池的广漠前景，姑苏纳米所组建了储能材料与器件课题组（锂电工程利用中间），专注在进步前辈电池要害材料和利用研究和开辟。

2018年，吴晓东率领团队最先了“锂钠金属电池新型电解液”的研究。“一个新电池系统要想被利用，知足利用场景要求是要害。”在吴晓东看来，金属电池的低温机能一向未获得足够正视，他们决议分“三步走”，测验考试解决这一问题。

起首要调控钠离子溶剂化布局，下降钠离子的脱溶剂化势垒，也就是得熬炼交代棒的活动员，更快速地传递钠离子的“接力棒”，让其高效地从溶剂化状况改变为自由状况；其次，还得包管电解液在低温下具有足够的盐消融度，连结杰出的电导率；最后，要构建不变的电极界面，增进负极侧钠离子的快速沉积。

“我们经由过程引入具有强电负性的氟原子来改良电池低温机能。”吴晓东告知记者，氟原子具有强吸电子效应，会下降电解液溶剂份子四周的电子云密度，减弱氟代后的溶剂份子与钠离子之间的彼此感化，从而下降钠离子从溶剂份子中离开的难度，其在电极概况的沉积速度会响应加速。

吴晓东团队先经由过程理论计较阐发了溶剂份子的物化性质，肯定了溶剂化布局，再用X-射线光电子能谱、飞翔时候-二次离子质谱和电化学机能等测试手段，具体阐发了几种分歧位点所进行的氟代份子的调控行动，终究找到了一种新型电解液——2，2-二氟乙酸乙酯（DFEA），能实现最低的钠离子连系能。

“利用该电解液组装的钠金属对称电池在低温-20°C下实现了超1500h的不变轮回，同时全电池可以在-40°C下不变轮回150圈，具有杰出的低温机能。”吴晓东注释道，“我们的工作为进一步推动钠电池的利用供给了新思绪。”

走出“曲折的直线”

“我们在前期的研究中走了很多弯路。”说起研究中的波涛，吴晓东无奈地笑了笑，幸亏的是，这些弯路都不算白走。

因为钠金属电池是个很新的标的目的，业内对钠金属电池的熟悉也比力粗浅，吴晓东团队只能“摸着石头过河”，先从锂电池入手，堆集经验。

“研究之初，我们做的电解液研究首要集中在锂电池相干标的目的，但愿从中获得经验。但我们很快发现两者之间存在着良多差别，包罗钠盐与锂盐的消融度、分歧金属的反映性差别、不异溶剂在锂/钠电系统中的反映情况差别、电池隔阂选择等多方面。”吴晓东说，为了应对这些问题，吴晓东团队浏览了年夜量文献，并频频进行尝试验证，这段看似盘曲的“弯路”现实给后续打下了坚实的根本。

“选准标的目的，对峙不懈。”当被问和这段科研的心路过程时，吴晓东没有踌躇，简练了然地归纳综合成八个字。

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吴晓东（左四）和团队（受访者供图）

这也是吴晓东率领团队身体力行的准则。“固然研究获得了必然进展，但我认为还不足需要完美。”吴晓东告知记者，“今朝我们还未能实现更年夜电流密度下的高效长轮回，后续还将朝实在现更不变的钠金属轮回而尽力。其次，从利用的角度，电池需具有较宽的工作温度，虽然本研究实现了超低温下的有用轮回，但在60°C高温下的轮回表示尚不睬想，还得进一步攻关以知足现实利用的需求。”

相干论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202414652

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