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高功率密度可充電池在汽車啟停系統(tǒng)和電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)等電力密集型應(yīng)用場(chǎng)景中不可或缺。然而，實(shí)現(xiàn)高功率密度堿性離子電池具有挑戰(zhàn)性，尤其是在低溫條件下，因?yàn)殡娀瘜W(xué)阻抗和極化的增加會(huì)導(dǎo)致陽極表面更容易出現(xiàn)不理想的堿金屬沉積。

圖1 電解液設(shè)計(jì)

北京航空航天大學(xué)王華等通過電解液調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了一種低溫、高功率密度可充電Na₃V₂(PO₄)₃||硬碳（HC）鈉離子全電池，且不會(huì)發(fā)生金屬沉積。具體而言，這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)了具有小溶劑化簇尺寸的1m NaPF₆-G2/DM電解液，這種高溶劑化熵電解液可在-40℃時(shí)實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率和遷移數(shù)。

更重要的是，增強(qiáng)的接觸離子對(duì)溶劑化結(jié)構(gòu)在具有低界面電阻的硬碳陽極上誘導(dǎo)出一個(gè)陰離子衍生的、薄的、富含NaF的固體電解質(zhì)界面（SEI），以確保Na⁺通過SEI順利擴(kuò)散。

圖2 全電池性能

因此，組裝的鈉離子全電池在-40℃時(shí)的功率密度達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的1132.31 W kg^-1（能量密度為61.94 Wh kg^-1），在25℃時(shí)的功率密度達(dá)到了13372.56 W kg^-1（132.83 Wh kg^-1）（基于陽極和陰極上活性材料的總質(zhì)量）。這項(xiàng)工作將加快鈉離子電池在極端環(huán)境下的功率密集型應(yīng)用的開發(fā)。

圖3 電解液的電化學(xué)特性

A High-Power Rechargeable Sodium-Ion Full Battery Operating at ?40 °C. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202315498

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北航AFM：在?40°C下工作的高功率可充鈉離子全電池

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