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研究概述

鈉離子電池存在動(dòng)力學(xué)問題，這是因?yàn)殡x子在電極-電解液界面上傳輸緩慢，導(dǎo)致電池在快速充電或低溫運(yùn)行時(shí)能量迅速衰減。

一個(gè)增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)的較好前景是構(gòu)建類神經(jīng)元電極，模仿神經(jīng)系統(tǒng)中的快速信號(hào)傳輸。

人們認(rèn)為這些受生物啟發(fā)的設(shè)計(jì)通過碳網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)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(zhuǎn)移仍然是未知數(shù)。

基于此，2024年10月17日，南開大學(xué)陳軍院士/章煒研究員、蘇州大學(xué)趙建慶副教授/高立軍教授在國際期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)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(dòng)僅限于類神經(jīng)元正極內(nèi)部，消除了電解液和正極之間的離子傳輸，這在傳統(tǒng)電池中幾乎無法實(shí)現(xiàn)。

結(jié)果表明，與未改性的正極相比，界面電荷轉(zhuǎn)移電阻降低了14倍，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的快速充電性能和高達(dá)200C的出色循環(huán)穩(wěn)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(yùn)行，超過了迄今為止報(bào)道的其他Na₃V₂O₂(PO₄)₂F基電池。

200 多年來，電池的運(yùn)行一直依賴于電極-電解液界面上的電荷轉(zhuǎn)移，該方法脫離了這種傳統(tǒng)的離子傳輸模式，為構(gòu)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

圖1：生物啟發(fā)設(shè)計(jì)以消除正極-電解液界面的電荷轉(zhuǎn)移

圖2：類神經(jīng)元正極的合成與結(jié)構(gòu)表征

圖3：低溫下類神經(jīng)元正極||鈉電池的電化學(xué)性能

文獻(xiàn)信息

Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/10/21/aeb3a340a7/

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