【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈉離子電池作為一種新興的儲能技術，因其豐富的鈉資源儲備和低廉的成本在低速電動車和大規(guī)模儲能領域顯示出巨大的應用潛力。此外，鈉離子較小的斯托克斯半徑使其在低溫和快充領域表現(xiàn)突出。近期，西安交通大學化學工程與技術學院唐偉教授團隊在鈉離子電池性能提升及電解液配方的創(chuàng)新、電極材料的優(yōu)化、預鈉化技術的探究取得了系列創(chuàng)新成果，為推動這一技術在未來能源轉(zhuǎn)型中的應用提供了重要技術支撐。
 

　　艱難的去溶劑化過程是可充電電池中有機電解質(zhì)面臨的主要挑戰(zhàn)，尤其是在低溫條件下。盡管傳統(tǒng)方法是使用在溶劑化結(jié)構中有高度陰離子參與的電解質(zhì)，即弱溶劑化電解質(zhì)(WSEs)，但這些電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構極易受到溫度波動的影響，這可能會削弱其低溫性能。為了解決這一局限性，該研究團隊設計了一種創(chuàng)新的電解質(zhì)，利用溶劑分子之間的相互作用，有效地融合了強溶劑和弱溶劑，使其溶劑化結(jié)構具有陰離子參與且能夠抵御溫度波動的影響。該研究從溶劑-溶劑相互作用出發(fā)，為寬溫域電解液的設計提供了一種新的視角。
 

　　該研究成果以《溶劑相互作用實現(xiàn)的溫度穩(wěn)健性溶劑化用于低溫鈉金屬電池》(Temperature-Robust Solvation Enabled by Solvent Interactions for Low-Temperature Sodium Metal Batteries)為題發(fā)表于國際頂尖學術期刊《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society，影響因子14.5)上。西安交通大學為該論文第一通訊單位，化工學院博士研究生黃振鑫為該論文第一作者，西安交通大學化工學院唐偉教授、四川大學張千玉教授、東南大學吳宇平教授為通訊作者。
 

　　此外，鈉離子電池負極側(cè)固有的低首效這一問題也掣肘在大規(guī)模儲能以及消費電子等領域的應用前景。研究團隊基于通過調(diào)節(jié)粘合劑官能團誘導SEI形成的策略，率先提出使用更具成本效益的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)部分替代聚偏氟乙烯(PVDF)的復合粘結(jié)劑一工藝路線，將C=O(羰基)鍵均勻地植入硬碳表面，以滿足粘合要求并實現(xiàn)界面功能化重建。C=O鍵的引入優(yōu)化了硬碳的內(nèi)在微觀局部電荷分布，增強了可逆Na+吸附。合理的結(jié)構調(diào)節(jié)有利于電解質(zhì)鹽的優(yōu)先分解，促進富含無機成分的穩(wěn)定SEI的形成，改善了界面處Na+的傳輸動力學。
 

　　該研究成果以《合理的粘合劑調(diào)制改善硬碳負極儲鈉性能》(Ameliorating the sodium storage performance of hard carbon anode through rational modulation of binder)為題發(fā)表于國際著名學術期刊《儲能材料》 (Energy Storage Materials，影響因子18.9)上。西安交通大學為該論文第一通訊單位，化工學院博士研究生張海涵為該論文第一作者，西安交通大學化工學院唐偉教授、舒程勇副教授、東南大學吳宇平教授為通訊作者。
 

　　另外，針對于鈉離子電池負極低首效的科學問題，該研究團隊還聚焦于鈉離子電池預鈉化技術，重點總結(jié)和討論了幾種關鍵的鈉離子電池預鈉化策略，以及預鈉化的必要性和意義。同時也提出了目前該領域面臨的挑戰(zhàn)，并概述了預鈉化技術的未來研究方向。與預鋰化技術類似，預鈉化技術被認為是補償SIBs在初始循環(huán)中活性鈉損失最直接、最有效的方法之一。在這種情況下，通過化學/電化學方法向正/負極材料中預先注入額外的鈉離子，以提高電池的壽命和能量密度。
 

　　該研究成果以《鈉離子電池預鈉化策略的研究進展和展望》(Research Progress and Perspectives on Pre-Sodiation Strategies for Sodium-Ion Batteries)為題發(fā)表于國際著名學術期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials，影響因子18.5)上。西安交通大學為該論文第一通訊單位，化工學院碩士研究生林斯源為該論文第一作者，西安交通大學化工學院唐偉教授、舒程勇副教授、中國石油天然氣集團公司管材研究所趙宇鑫高級專家以及東南大學吳宇平教授為通訊作者。
 

　　總之，該研究團隊通過溶劑分子間的相互作用設計了一種新的電解質(zhì)，使鈉電池的工作溫度范圍拓寬至-40-45 ℃，并且在低溫下具有優(yōu)異的快充性能。通過粘合劑的合理調(diào)制研究，為硬碳負極與電解質(zhì)之間界面的功能化設計提供新穎見解，改善首效的同時實現(xiàn)成本降低。通過總結(jié)鈉離子電池預鈉化技術最新研究進展，回顧了目前已報道的各類預鈉化技術的優(yōu)缺點，并為未來實現(xiàn)該技術的大規(guī)模商業(yè)應用提供了一些新的指導。以上工作得到國家重點研發(fā)計劃、基金委項目以及軍工項目的支持，西安交通大學大型儀器設備共享實驗中心提供的相關表征、分析支持。