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鈉金屬電池獲重要突破 中國科學家團隊解決“低溫焦慮”
2024年10月30日 11:45:32
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：5240
溫度是影響化學反應速率的重要因素，而電池是一種基于化學反應產生電能的裝置，因此電池的性能時常受到溫度的影響。這也間接導致了大部分電池，受限于低溫環境下反應物的活化能降低，容易出現充不進電、續航能力差等問題。可以說，電池的“低溫焦慮”是現階段影響電池發展的一個重要難題，并且間接導致了許多依賴電池的設備無法在低溫環境下穩定運行，實用性受限。
【化工儀器網 行業百態】溫度是影響化學反應速率的重要因素，而電池是一種基于化學反應產生電能的裝置，因此電池的性能時常受到溫度的影響。這也間接導致了大部分電池，受限于低溫環境下反應物的活化能降低，容易出現充不進電、續航能力差等問題。可以說，電池的“低溫焦慮”是現階段影響電池發展的一個重要難題，并且間接導致了許多依賴電池的設備無法在低溫環境下穩定運行，實用性受限。
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極的電池，具有能量密度高、安全性強、資源貯備豐富且原材料成本低等優勢。與此同時，鈉金屬電池的工作溫度范圍也相對較寬，理論上能夠適應更多的極端溫度。但這卻并沒有讓它適應低溫環境。
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極間的遷移來實現電能的存儲和釋放，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。這也就導致了鈉金屬電池同樣無法在低溫環境下正常使用。
針對這一難題，中國科學家給出了答案。近日，中國科學院蘇州納米所研究員吳曉東、河海大學教授許晶晶與中國科學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出優異性能。
據悉，該研究自2018年便開始進行“鋰鈉金屬電池新型電解液”的研究。團隊通過引入具有強電負性的氟原子，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，研究團隊通過計算分析了溶劑分子的物化性質，確定了溶劑化結構，并利用X-射線光電子能譜、飛行時間-二次離子質譜和電化學性能等技術，分析了不同位點所進行的氟代分子的調控行為，最終確定了新型電解液的成分2，2-二氟乙酸乙酯(DFEA)。
測試結果顯示，使用該電解液的鈉金屬電池能夠在-20°C的低溫環境下實現1500小時以上的穩定循環，能夠在-40°C的低溫環境，穩定循環150圈。其重要性和創新性達到該領域的前5%。
目前相關的研究成果已發表于《先進功能材料》，相信隨著研究的不斷推進，鈉金屬電池會在不遠的將來走進我們的生活，為我們帶來便利。
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