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研究概述

鈉離子電池存在動力學問題，這是因為離子在電極-電解液界面上傳輸緩慢，導致電池在快速充電或低溫運行時能量迅速衰減。

一個增強動力學的較好前景是構建類神經元電極，模仿神經系統中的快速信號傳輸。

人們認為這些受生物啟發的設計通過碳網絡增強了電極的電子/離子傳輸。

然而，它們是否能避免在電極-電解液界面上的緩慢電荷轉移仍然是未知數。

基于此，2024年10月17日，南開大學陳軍院士/章煒研究員、蘇州大學趙建慶副教授/高立軍教授在國際期刊Journal of the American Chemical Society發表題為《Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries》的研究論文。

在此，研究人員通過將碳納米管的開口與碳包覆的Na₃V₂O₂(PO₄)₂F正極納米粒子的表面連接，并使用碳納米管來捕獲充電過程中從納米粒子釋放的Na⁺離子。

因此，Na⁺的移動僅限于類神經元正極內部，消除了電解液和正極之間的離子傳輸，這在傳統電池中幾乎無法實現。

結果表明，與未改性的正極相比，界面電荷轉移電阻降低了14倍，從而實現了優異的快速充電性能和高達200C的出色循環穩定性，令人驚訝的是，無需電解液改性，即可在低至-60°C的低溫下可逆運行，超過了迄今為止報道的其他Na₃V₂O₂(PO₄)₂F基電池。

200 多年來，電池的運行一直依賴于電極-電解液界面上的電荷轉移，該方法脫離了這種傳統的離子傳輸模式，為構建能在惡劣條件下工作的更好的電池鋪平了道路。

圖文解讀

圖1：生物啟發設計以消除正極-電解液界面的電荷轉移

圖2：類神經元正極的合成與結構表征

圖3：低溫下類神經元正極||鈉電池的電化學性能

文獻信息

Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

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