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钠金属电池获重要突破 中国科学家团队解决“低温焦虑”
2024年10月30日 11:45:32
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：5242
温度是影响化学反应速率的重要因素，而电池是一种基于化学反应产生电能的装置，因此电池的性能时常受到温度的影响。这也间接导致了大部分电池，受限于低温环境下反应物的活化能降低，容易出现充不进电、续航能力差等问题。可以说，电池的“低温焦虑”是现阶段影响电池发展的一个重要难题，并且间接导致了许多依赖电池的设备无法在低温环境下稳定运行，实用性受限。
【化工仪器网 行业百态】温度是影响化学反应速率的重要因素，而电池是一种基于化学反应产生电能的装置，因此电池的性能时常受到温度的影响。这也间接导致了大部分电池，受限于低温环境下反应物的活化能降低，容易出现充不进电、续航能力差等问题。可以说，电池的“低温焦虑”是现阶段影响电池发展的一个重要难题，并且间接导致了许多依赖电池的设备无法在低温环境下稳定运行，实用性受限。
而在电池家族中，钠电池的“低温焦虑”又尤为明显。
钠金属电池是一种基于钠金属作为负极的电池，具有能量密度高、安全性强、资源贮备丰富且原材料成本低等优势。与此同时，钠金属电池的工作温度范围也相对较宽，理论上能够适应更多的极端温度。但这却并没有让它适应低温环境。
由于钠金属电池的工作原理与锂离子电池类似，都需要离子通过在正负极间的迁移来实现电能的存储和释放，因此工作过程中同样需要电解液作为媒介。而常用的商业电解液大多为碳酸酯基电解液，这种电解液低温下易凝固，一旦开始凝固，电池的充放电性能也会受到影响。这也就导致了钠金属电池同样无法在低温环境下正常使用。
针对这一难题，中国科学家给出了答案。近日，中国科学院苏州纳米所研究员吴晓东、河海大学教授许晶晶与中国科学院物理所研究员李泓等合作，一种新型电解液能让钠金属电池在低温和快速充电条件下展现出优异性能。
据悉，该研究自2018年便开始进行“锂钠金属电池新型电解液”的研究。团队通过引入具有强电负性的氟原子，以此来降低电解液溶剂分子周围的电子云密度，削弱溶剂分子与钠离子之间的相互作用，从而降低钠离子从溶剂分子中脱离的难度，加快钠离子在电极表面的沉积速度。之后，研究团队通过计算分析了溶剂分子的物化性质，确定了溶剂化结构，并利用X-射线光电子能谱、飞行时间-二次离子质谱和电化学性能等技术，分析了不同位点所进行的氟代分子的调控行为，最终确定了新型电解液的成分2，2-二氟乙酸乙酯(DFEA)。
测试结果显示，使用该电解液的钠金属电池能够在-20°C的低温环境下实现1500小时以上的稳定循环，能够在-40°C的低温环境，稳定循环150圈。其重要性和创新性达到该领域的前5%。
目前相关的研究成果已发表于《先进功能材料》，相信随着研究的不断推进，钠金属电池会在不远的将来走进我们的生活，为我们带来便利。
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