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低溫（<-30℃）下快速充電的鋰離子電池（LIBs）的高運行能力對于寒冷地區電網的頻率調節和峰值負荷轉移至關重要。然而，低溫性能受到Li⁺擴散遲緩和高壓極化的嚴重困擾。

圖1. 在低溫下運行的TNO和TNO/TNN的局部結構示意圖

哈爾濱工業大學尹鴿平、婁帥鋒等提出了一種鑲嵌式的TiNb₂O₇/TiNbN₂（TNO/TNN）異質結，通過原子界面的內置電場來實現改進的離子擴散動力學，以實現卓越的儲鋰性能。

密度泛函理論（DFT）計算進一步顯示，相結界面可以顯著降低擴散勢壘，提高導電性，增強Li⁺-脫溶能力，從而賦予TNO/TNN在低溫條件下的高Li⁺擴散系數和快速充電能力。

圖2. TNO/TNN復合材料的結構分析和界面電場

結果，即使在-30℃，TNO/TNN也能提供較大的可逆容量（241.5 mAh g^-1）、卓越的倍率性能（20C時為108.6 mAh g^-1），以及令人鼓舞的耐久性（經過1000次循環后保持96%的容量）。

此外，TNO/TNN在25℃的3000次循環中顯示了可忽略不計的容量衰減。總體而言，這種巧妙的結構設計為構建用于寒冷地區電網儲能的快充電池的功能電極提供了一個新的方向。

圖3. 不同倍率和溫度條件下的Li⁺存儲性能

Phase-junction engineering triggered built-in electric field for fast-charging batteries operated at ?30°C. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.03.026

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?尹鴿平/婁帥鋒Matter：在-30℃下運行的快充電池！

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