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鈉金屬電池獲重要突破 中國科學(xué)家團(tuán)隊解決“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：5234
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)隊通過計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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