硬碳倍率性能與儲(chǔ)鈉動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析
鈉離子電池是未來大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能的重要研究方向，因其低成本優(yōu)勢(shì)，有望成為替代鋰電池的重要儲(chǔ)能體系之一。碳酸酯類電解液是鈉離子電池中最有潛力實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用的電解液之一，但其與鈉離子電池正負(fù)極材料匹配時(shí)的性能有待提升，制約了電池整體性能的發(fā)揮。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院康飛宇教授、翟登云副教授團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)馮光教授團(tuán)隊(duì)合作，在鈉離子電池電解液設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得新進(jìn)展。針對(duì)碳酸酯電解液在鈉離子電池中界面動(dòng)力學(xué)差的問題，團(tuán)隊(duì)提出通過分子間相互作用對(duì)溶劑極性調(diào)控的策略。該策略在碳酸酯基電解液中引入高度氟化的共溶劑，通過氫-氟（H-F）相互作用削弱環(huán)狀酯的極性，減少環(huán)狀酯的配位能力并促使陰離子進(jìn)入第一溶劑化殼層，從而降低鈉離子（Na+）脫溶劑化能壘，改善了硬碳負(fù)極的儲(chǔ)鈉動(dòng)力學(xué)性能。溶劑極性的降低減少了來自路易斯酸催化引起的溶劑持續(xù)分解，提高硬碳負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的體系在400次循環(huán)后容量保持率高達(dá)90.4%。此外，匹配高壓鈉電正極的全電池下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定循環(huán)。該工作為發(fā)展高倍率、長(zhǎng)壽命的碳酸酯基鈉離子電池電解液提供了全新設(shè)計(jì)思路。
研究成果以“分子間相互作用誘導(dǎo)的碳酸酯電解液極性調(diào)控以實(shí)現(xiàn)快速、長(zhǎng)循環(huán)儲(chǔ)鈉硬碳負(fù)極和鈉離子電池”（Intermolecular Interaction-Induced Polarity Modulation of Carbonate Electrolyte for Fast-Kinetics Hard Carbon Anodes in Durable Sodium-Ion Batteries）為題，于4月16日發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2023級(jí)博士生曲昌鎮(zhèn)為論文第一作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授翟登云和華中科技大學(xué)教授馮光為論文通訊作者。論文其他作者還包括深圳國(guó)際研究生院教授康飛宇等。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
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