第一单位！山东理工大学，ACS Energy Letters！解锁低温钠离子电池中的电荷转移限制

钠离子电池（SIBs）作为锂离子电池（LIBs）的替代品，因其成本效益和钠资源的丰富性而受到广泛关注，被认为是储能系统的有效选择。更重要的是，由于溶剂化Na⁺离子的斯托克斯半径更小，去溶剂化能量更低，SIBs理论上能够在低温下比LIBs实现更优越的性能。

在此，温州大学李林、伍伦贡大学王佳兆、山东理工大学牛之慧、翁俊迎等人提出了一种经碳纳米管改性的P₂Na_0.67Mn_0.67Ni_0.33O₂（NMNO-CNTs）正极和含四氢呋喃（THF）的电解液，以解锁SIBs在低温下的电荷转移限制。由碳纳米管构建的高导电网络确保了快速的表面电子转移。引入THF能够使阴离子丰富的溶剂化结构形成进而有助于形成具有加速去溶剂化和均匀钠沉积的坚固的NaF富含的电极-电解液界面。

基于此，Na||NMNO-CNTs电池即使在-40℃下经过3600个循环后，容量仍能达到83.4 mAh g⁻¹，衰减率仅为每循环0.002%。此外，硬碳||NMNO-CNTs全电池在-40℃下经过1500个循环后，能量密度达到237.6 Wh kg⁻¹，保持率为86.5%。

图1. 电池性能

总之，该工作通过引入碳纳米管导电剂和THF诱导的弱溶剂化电解液，构建了一种高性能的低温钠离子电池。具体来说，Na||NMNO-CNTs电池在20 mA g^-1时展现出91.2 mAh g^-1的高可逆容量，在800 mA g^-1时展现出89.6 mAh g^-1的卓越倍率性能，并且在-40℃下200 mA g^-1经过3600个循环后，容量保持超过92.0%。

此外，HC||NMNO-CNTs全电池实现了2324.0 W kg^-1的高功率密度和262.7 Wh kg^-1的能量密度，以及在-40℃下1500个循环后86.5%的优异循环性能。此外，原位电化学阻抗谱研究揭示了在低温下电容性行为对于动力学过程的重要性。因此，该工作强调了电荷转移动力学的关键作用，并为先进的低温钠离子电池提供了指导。

图2. 机制探究

Unlocking Charge Transfer Limitation toward Advanced Low-Temperature Sodium-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c02952

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