電子發(fā)燒友網綜合報道

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相對較低的成本，近年來在新能源領域備受矚目。尤其是在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中，鈉離子電池被視為鋰離子電池的有力補充甚至替代品。然而，這種電池技術在實際應用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在極端溫度條件下的性能穩(wěn)定性問題。

高溫環(huán)境下容易引發(fā)電解液分解和電極材料退化，而低溫環(huán)境則會導致離子傳導速率急劇下降，這些問題嚴重制約了鈉離子電池的商業(yè)化進程。

近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所吳曉東研究員團隊聯(lián)合河海大學許晶晶教授課題組，在鈉離子電池技術領域取得突破性進展。

該團隊在國際知名期刊《ACSEnergyLetters》發(fā)表的研究中，提出了一種基于溶劑間協(xié)同效應的電解液工程策略，通過亞硫酸二甲酯（DMS）與戊二腈（GN）的巧妙組合，構建出適用于全氣候條件的混合鈉離子/金屬電池。這一成果為解決鈉電池極端環(huán)境適應性問題提供了全新思路，并有望推動其在更廣泛場景中的應用。

這種重構后的溶劑化結構呈現出“富含陰離子且溶劑松散”的特征，大幅降低了鈉離子的去溶劑化能壘。在電極與電解液的界面處，鈉離子的傳輸與去溶劑化過程變得更為迅速，即使在極端溫度下也能保持高效的動力學性能。這一變化從根本上解決了傳統(tǒng)電解液在低溫下離子傳輸受阻的問題，同時為高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運行奠定了基礎。

實驗數據有力地證明了這一策略的有效性。研究團隊裝配的NaNi?.??Fe?.??Mn?.??O?（NFM）||Na半電池，在-55℃至60℃的寬溫范圍內、4.0V和4.1V的高壓條件下均實現了穩(wěn)定運行。更令人矚目的是，采用預活化硬碳負極的NFM||HC全電池，在-40℃至45℃區(qū)間展現出顯著改善的循環(huán)穩(wěn)定性，即使經過多次充放電循環(huán)，仍能保持較高的容量保持率和庫侖效率。

深入分析電極-電解質界面（EEI）的特性可以發(fā)現，新型電解液體系形成的界面層富含NaF、Na?CO?、Na?SO?和Na?N等無機成分。這些成分不僅為鈉離子提供了快速傳輸通道，還增強了界面的機械強度，有效抑制了電解液的持續(xù)分解，減少了活性鈉的損失。這種穩(wěn)定的界面結構成為電池在極端條件下保持優(yōu)異性能的關鍵支撐，即使在高溫60℃或低溫-40℃的循環(huán)測試中，庫侖效率仍能維持在較高水平。

該研究的突破性意義不僅在于技術層面的創(chuàng)新，更在于為鈉離子電池的實際應用掃清了關鍵障礙。長期以來，寬溫適應性是儲能電池在復雜環(huán)境中部署的核心要求，無論是寒冷的高緯度地區(qū)，還是炎熱的沙漠地帶，都需要電池能夠穩(wěn)定工作。吳曉東團隊的成果使得鈉離子電池在極端氣候下的應用成為可能，為大規(guī)模儲能項目的選址和運行提供了更大靈活性。

此外，這項研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金的支持，以及蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站的技術協(xié)助，體現了產學研協(xié)同創(chuàng)新在推動關鍵技術突破中的重要作用。中國科學院蘇州納米所聯(lián)培碩士畢業(yè)生高藝文作為第一作者完成的這項工作，不僅為鈉離子電池的電解液設計提供了新的理論框架，更為全球儲能領域的技術發(fā)展貢獻了中國智慧。

隨著新能源產業(yè)的快速發(fā)展，對儲能技術的需求日益迫切。鈉離子電池作為鋰離子電池的重要補充，在中大型儲能場景中具有不可替代的優(yōu)勢。吳曉東團隊的研究通過溶劑間協(xié)同效應破解了寬溫應用難題，不僅提升了鈉離子電池的性能上限，更降低了其商業(yè)化門檻，有望加速推動鈉離子電池在智能電網、可再生能源消納、分布式儲能等領域的廣泛應用，為全球能源轉型注入新的動力。