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鈉金屬電池獲重要突破 中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)解決“低溫焦慮”
2024年10月30日 11:45:32 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:小王 點(diǎn)擊量:5314

溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素,而電池是一種基于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置,因此電池的性能時常受到溫度的影響。這也間接導(dǎo)致了大部分電池,受限于低溫環(huán)境下反應(yīng)物的活化能降低,容易出現(xiàn)充不進(jìn)電、續(xù)航能力差等問題??梢哉f,電池的“低溫焦慮”是現(xiàn)階段影響電池發(fā)展的一個重要難題,并且間接導(dǎo)致了許多依賴電池的設(shè)備無法在低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)用性受限。

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素,而電池是一種基于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置,因此電池的性能時常受到溫度的影響。這也間接導(dǎo)致了大部分電池,受限于低溫環(huán)境下反應(yīng)物的活化能降低,容易出現(xiàn)充不進(jìn)電、續(xù)航能力差等問題??梢哉f,電池的“低溫焦慮”是現(xiàn)階段影響電池發(fā)展的一個重要難題,并且間接導(dǎo)致了許多依賴電池的設(shè)備無法在低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)用性受限。
 
  而在電池家族中,鈉電池的“低溫焦慮”又尤為明顯。
 
  鈉金屬電池是一種基于鈉金屬作為負(fù)極的電池,具有能量密度高、安全性強(qiáng)、資源貯備豐富且原材料成本低等優(yōu)勢。與此同時,鈉金屬電池的工作溫度范圍也相對較寬,理論上能夠適應(yīng)更多的極端溫度。但這卻并沒有讓它適應(yīng)低溫環(huán)境。
 
  由于鈉金屬電池的工作原理與鋰離子電池類似,都需要離子通過在正負(fù)極間的遷移來實(shí)現(xiàn)電能的存儲和釋放,因此工作過程中同樣需要電解液作為媒介。而常用的商業(yè)電解液大多為碳酸酯基電解液,這種電解液低溫下易凝固,一旦開始凝固,電池的充放電性能也會受到影響。這也就導(dǎo)致了鈉金屬電池同樣無法在低溫環(huán)境下正常使用。
 
  針對這一難題,中國科學(xué)家給出了答案。近日,中國科學(xué)院蘇州納米所研究員吳曉東、河海大學(xué)教授許晶晶與中國科學(xué)院物理所研究員李泓等合作,一種新型電解液能讓鈉金屬電池在低溫和快速充電條件下展現(xiàn)出優(yōu)異性能。
 
  據(jù)悉,該研究自2018年便開始進(jìn)行“鋰鈉金屬電池新型電解液”的研究。團(tuán)隊(duì)通過引入具有強(qiáng)電負(fù)性的氟原子,以此來降低電解液溶劑分子周圍的電子云密度,削弱溶劑分子與鈉離子之間的相互作用,從而降低鈉離子從溶劑分子中脫離的難度,加快鈉離子在電極表面的沉積速度。之后,研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算分析了溶劑分子的物化性質(zhì),確定了溶劑化結(jié)構(gòu),并利用X-射線光電子能譜、飛行時間-二次離子質(zhì)譜和電化學(xué)性能等技術(shù),分析了不同位點(diǎn)所進(jìn)行的氟代分子的調(diào)控行為,最終確定了新型電解液的成分2,2-二氟乙酸乙酯(DFEA)。
 
  測試結(jié)果顯示,使用該電解液的鈉金屬電池能夠在-20°C的低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)1500小時以上的穩(wěn)定循環(huán),能夠在-40°C的低溫環(huán)境,穩(wěn)定循環(huán)150圈。其重要性和創(chuàng)新性達(dá)到該領(lǐng)域的前5%。
 
  目前相關(guān)的研究成果已發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》,相信隨著研究的不斷推進(jìn),鈉金屬電池會在不遠(yuǎn)的將來走進(jìn)我們的生活,為我們帶來便利。
 
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