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研究概述

钠离子电池存在动力学问题，这是因为离子在电极-电解液界面上传输缓慢，导致电池在快速充电或低温运行时能量迅速衰减。

一个增强动力学的较好前景是构建类神经元电极，模仿神经系统中的快速信号传输。

人们认为这些受生物启发的设计通过碳网络增强了电极的电子/离子传输。

然而，它们是否能避免在电极-电解液界面上的缓慢电荷转移仍然是未知数。

基于此，2024年10月17日，南开大学陈军院士/章炜研究员、苏州大学赵建庆副教授/高立军教授在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Eliminating Charge Transfer at Cathode-Electrolyte Interface for Ultrafast Kinetics in Na-Ion Batteries》的研究论文。

在此，研究人员通过将碳纳米管的开口与碳包覆的Na₃V₂O₂(PO₄)₂F正极纳米粒子的表面连接，并使用碳纳米管来捕获充电过程中从纳米粒子释放的Na⁺离子。

因此，Na⁺的移动仅限于类神经元正极内部，消除了电解液和正极之间的离子传输，这在传统电池中几乎无法实现。

结果表明，与未改性的正极相比，界面电荷转移电阻降低了14倍，从而实现了优异的快速充电性能和高达200C的出色循环稳定性，令人惊讶的是，无需电解液改性，即可在低至-60°C的低温下可逆运行，超过了迄今为止报道的其他Na₃V₂O₂(PO₄)₂F基电池。

200 多年来，电池的运行一直依赖于电极-电解液界面上的电荷转移，该方法脱离了这种传统的离子传输模式，为构建能在恶劣条件下工作的更好的电池铺平了道路。

图文解读

图1：生物启发设计以消除正极-电解液界面的电荷转移

图2：类神经元正极的合成与结构表征

图3：低温下类神经元正极||钠电池的电化学性能

文献信息

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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