北航AFM：在−40°C下工作的高功率可充钠离子全电池

高功率密度可充电池在汽车启停系统和电网频率调节等电力密集型应用场景中不可或缺。然而，实现高功率密度碱性离子电池具有挑战性，尤其是在低温条件下，因为电化学阻抗和极化的增加会导致阳极表面更容易出现不理想的碱金属沉积。

图1 电解液设计北京航空航天大学王华等通过电解液调节实现了一种低温、高功率密度可充电Na3V2(PO4)3||硬碳（HC）钠离子全电池，且不会发生金属沉积。具体而言，这项工作设计了具有小溶剂化簇尺寸的1m NaPF6-G2/DM电解液，这种高溶剂化熵电解液可在-40℃时实现高离子电导率和迁移数。更重要的是，增强的接触离子对溶剂化结构在具有低界面电阻的硬碳阳极上诱导出一个阴离子衍生的、薄的、富含NaF的固体电解质界面（SEI），以确保Na+通过SEI顺利扩散。

图2 全电池性能

因此，组装的钠离子全电池在-40℃时的功率密度达到了创纪录的1132.31 W kg-1（能量密度为61.94 Wh kg-1），在25℃时的功率密度达到了13372.56 W kg-1（132.83 Wh kg-1）（基于阳极和阴极上活性材料的总质量）。这项工作将加快钠离子电池在极端环境下的功率密集型应用的开发。

图3 电解液的电化学特性

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