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研究概述
鈉離子電池存在動力學問題,這是因為離子在電極-電解液界面上傳輸緩慢,導致電池在快速充電或低溫運行時能量迅速衰減。
一個增強動力學的較好前景是構建類神經元電極,模仿神經系統中的快速信號傳輸。
人們認為這些受生物啟發的設計通過碳網絡增強了電極的電子/離子傳輸。
然而,它們是否能避免在電極-電解液界面上的緩慢電荷轉移仍然是未知數。
基于此,2024年10月17日,南開大學陳軍院士/章煒研究員、蘇州大學趙建慶副教授/高立軍教授在國際期刊Journal of the American Chemical Society發表題為《Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries》的研究論文。
在此,研究人員通過將碳納米管的開口與碳包覆的Na3V2O2(PO4)2F正極納米粒子的表面連接,并使用碳納米管來捕獲充電過程中從納米粒子釋放的Na+離子。
因此,Na+的移動僅限于類神經元正極內部,消除了電解液和正極之間的離子傳輸,這在傳統電池中幾乎無法實現。
結果表明,與未改性的正極相比,界面電荷轉移電阻降低了14倍,從而實現了優異的快速充電性能和高達200C的出色循環穩定性,令人驚訝的是,無需電解液改性,即可在低至-60°C的低溫下可逆運行,超過了迄今為止報道的其他Na3V2O2(PO4)2F基電池。
200 多年來,電池的運行一直依賴于電極-電解液界面上的電荷轉移,該方法脫離了這種傳統的離子傳輸模式,為構建能在惡劣條件下工作的更好的電池鋪平了道路。
圖文解讀
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圖1:生物啟發設計以消除正極-電解液界面的電荷轉移
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圖2:類神經元正極的合成與結構表征
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圖3:低溫下類神經元正極||鈉電池的電化學性能
文獻信息
Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

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