近年来，钠离子电池因其丰富的资源储量、理想的成本效益和与锂离子电池相似的电化学储能机制被广泛研究。然而，当电池处于低温环境下工作时，缓慢的电化学反应动力学会导致严重容量损失、寿命衰减、充放电能力受限甚至出现安全问题。设计低凝固点的新型电解液，构建均匀、稳定且能保证Na+快速传输的电极/电解液界面，是实现钠离子电池在低温下高性能稳定运行的有效途径。
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王鹏飞教授课题组设计了一种低浓度的醚类电解液，抑制了低温下的盐析出现象，并在低温下形成了有机成分主导的稳定的整体式电极/电解液界面，促进了Na+在低温环境下的快速传输。电化学测试与分子动力学模拟的结果共同表明，该电解液的在低温下展现出优异的动力学特性，有效降低了低温下不利的极化和显著增大的电化学阻抗。Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O正极和硬碳负极在﹣30℃的低温环境下分别展现出92.5%和93.1%的高容量保持率，同时具备出色的长循环稳定性。这项工作系统性地研究了低温环境下电解液与界面的变化，对极端环境电解液的设计与电极/电解液界面的研究提供了重要参考。
该研究成果以《整体式电极/电解液界面促进低温下钠离子的快速传输》（Monolithic Interphase Enables Fast Kinetics for High-Performance Sodium-Ion Batteries at Subzero Temperature）为题，发表在国际顶尖学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大学博士生冯意虎为本文第一作者，西安交通大学王鹏飞教授、武汉理工大学尤雅教授、华中科技大学吉晓研究员和浙江大学陆俊教授为本文共同通讯作者。论文第一单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心。
该研究工作得到国家自然科学基金、西安交通大学青年拔尖人才计划、电工材料电气绝缘全国重点实验室、陕西省“高层次人才引进计划”、江苏聚烽新能源科技有限公司、西安交通大学思源学者、中央高校基础研究经费等资助。表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心的支持。
文章链接：//doi.org/10.1002/anie.202403585
文字：王鹏飞教授团队
图片：王鹏飞教授团队
