200C,-60℃!打破传统!南开大学陈军院士,最新JACS!

学术   2024-10-20 18:00   广东  
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研究概述
钠离子电池存在动力学问题,这是因为离子在电极-电解液界面上传输缓慢,导致电池在快速充电或低温运行时能量迅速衰减。
一个增强动力学的较好前景是构建类神经元电极,模仿神经系统中的快速信号传输。
人们认为这些受生物启发的设计通过碳网络增强了电极的电子/离子传输。
然而,它们是否能避免在电极-电解液界面上的缓慢电荷转移仍然是未知数。
基于此,2024年10月17日,南开大学陈军院士/章炜研究员、苏州大学赵建庆副教授/高立军教授在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries》的研究论文。
在此,研究人员通过将碳纳米管的开口与碳包覆的Na3V2O2(PO4)2F正极纳米粒子的表面连接,并使用碳纳米管来捕获充电过程中从纳米粒子释放的Na+离子。
因此,Na+的移动仅限于类神经元正极内部,消除了电解液和正极之间的离子传输,这在传统电池中几乎无法实现。
结果表明,与未改性的正极相比,界面电荷转移电阻降低了14倍,从而实现了优异的快速充电性能和高达200C的出色循环稳定性,令人惊讶的是,无需电解液改性,即可在低至-60°C的低温下可逆运行,超过了迄今为止报道的其他Na3V2O2(PO4)2F基电池。
200 多年来,电池的运行一直依赖于电极-电解液界面上的电荷转移,该方法脱离了这种传统的离子传输模式,为构建能在恶劣条件下工作的更好的电池铺平了道路。
图文解读
图1:生物启发设计以消除正极-电解液界面的电荷转移
图2:类神经元正极的合成与结构表征
图3:低温下类神经元正极||钠电池的电化学性能
文献信息
Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries, Journal of the American Chemical Society2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c08191
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