【仪表网 研发快讯】钠离子电池作为一种新兴的储能技术，因其丰富的钠资源储备和低廉的成本在低速电动车和大规模储能领域显示出巨大的应用潜力。此外，钠离子较小的斯托克斯半径使其在低温和快充领域表现突出。近期，西安交通大学化学工程与技术学院唐伟教授团队在钠离子电池性能提升及电解液配方的创新、电极材料的优化、预钠化技术的探究取得了系列创新成果，为推动这一技术在未来能源转型中的应用提供了重要技术支撑。
艰难的去溶剂化过程是可充电电池中有机电解质面临的主要挑战，尤其是在低温条件下。尽管传统方法是使用在溶剂化结构中有高度阴离子参与的电解质，即弱溶剂化电解质(WSEs)，但这些电解质的溶剂化结构极易受到温度波动的影响，这可能会削弱其低温性能。为了解决这一局限性，该研究团队设计了一种创新的电解质，利用溶剂分子之间的相互作用，有效地融合了强溶剂和弱溶剂，使其溶剂化结构具有阴离子参与且能够抵御温度波动的影响。该研究从溶剂-溶剂相互作用出发，为宽温域电解液的设计提供了一种新的视角。
该研究成果以《溶剂相互作用实现的温度稳健性溶剂化用于低温钠金属电池》(Temperature-Robust Solvation Enabled by Solvent Interactions for Low-Temperature Sodium Metal Batteries)为题发表于国际顶尖学术期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society，影响因子14.5)上。西安交通大学为该论文第一通讯单位，化工学院博士研究生黄振鑫为该论文第一作者，西安交通大学化工学院唐伟教授、四川大学张千玉教授、东南大学吴宇平教授为通讯作者。
此外，钠离子电池负极侧固有的低首效这一问题也掣肘在大规模储能以及消费电子等领域的应用前景。研究团队基于通过调节粘合剂官能团诱导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)的复合粘结剂一工艺路线，将C=O(羰基)键均匀地植入硬碳表面，以满足粘合要求并实现界面功能化重建。C=O键的引入优化了硬碳的内在微观局部电荷分布，增强了可逆Na+吸附。合理的结构调节有利于电解质盐的优先分解，促进富含无机成分的稳定SEI的形成，改善了界面处Na+的传输动力学。
该研究成果以《合理的粘合剂调制改善硬碳负极储钠性能》(Ameliorating the sodium storage performance of hard carbon anode through rational modulation of binder)为题发表于国际著名学术期刊《储能材料》 (Energy Storage Materials，影响因子18.9)上。西安交通大学为该论文第一通讯单位，化工学院博士研究生张海涵为该论文第一作者，西安交通大学化工学院唐伟教授、舒程勇副教授、东南大学吴宇平教授为通讯作者。
另外，针对于钠离子电池负极低首效的科学问题，该研究团队还聚焦于钠离子电池预钠化技术，重点总结和讨论了几种关键的钠离子电池预钠化策略，以及预钠化的必要性和意义。同时也提出了目前该领域面临的挑战，并概述了预钠化技术的未来研究方向。与预锂化技术类似，预钠化技术被认为是补偿SIBs在初始循环中活性钠损失最直接、最有效的方法之一。在这种情况下，通过化学/电化学方法向正/负极材料中预先注入额外的钠离子，以提高电池的寿命和能量密度。
该研究成果以《钠离子电池预钠化策略的研究进展和展望》(Research Progress and Perspectives on Pre-Sodiation Strategies for Sodium-Ion Batteries)为题发表于国际著名学术期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，影响因子18.5)上。西安交通大学为该论文第一通讯单位，化工学院硕士研究生林斯源为该论文第一作者，西安交通大学化工学院唐伟教授、舒程勇副教授、中国石油天然气集团公司管材研究所赵宇鑫高级专家以及东南大学吴宇平教授为通讯作者。
总之，该研究团队通过溶剂分子间的相互作用设计了一种新的电解质，使钠电池的工作温度范围拓宽至-40-45 ℃，并且在低温下具有优异的快充性能。通过粘合剂的合理调制研究，为硬碳负极与电解质之间界面的功能化设计提供新颖见解，改善首效的同时实现成本降低。通过总结钠离子电池预钠化技术最新研究进展，回顾了目前已报道的各类预钠化技术的优缺点，并为未来实现该技术的大规模商业应用提供了一些新的指导。以上工作得到国家重点研发计划、基金委项目以及军工项目的支持，西安交通大学大型仪器设备共享实验中心提供的相关表征、分析支持。
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