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鈉離子電池（SIBs）因其低廉的成本和豐富的天然鈉資源而被認為是鋰離子電池在儲能方面的最有前途的補充。目前迫切需求能夠在極端倍率和溫度下運行的SIBs，但由于動力學和熱力學限制而存在挑戰。

為此，中南大學王海燕教授、孫旦副教授等人提出了一種電極-電解液界面化學調制策略以實現超高倍率性能的SIBs。具體而言，作者提出了一種由環醚（四氫呋喃，THF）作為溶劑和NaPF₆作為電解質鹽組成的新型弱溶劑化電解液（WSE），以優化負極/電解液的界面性能。

通過對不同電解液（1 M NaPF₆/THF、1 M NaPF₆ /DME、1 M NaPF₆/EC/DEC和1 M NaPF₆/PC）的比較研究，作者證明了電極-電解液界面化學（包括離子去溶劑化和SEI界面相）對超高倍率和低溫極端條件下商用硬碳（HC）負極的電化學性能至關重要。NaPF₆/THF電解液同時實現了較低的離子去溶劑化能量和均勻的SEI組成（NaF和有機物），這有利于電解液-電極界面之間的離子擴散和界面穩定性。

圖1. 電解質結構的理論和實驗分析

得益于較低的Na⁺去溶劑化能和負極/電解液界面的快速傳輸，HC電極在THF溶劑中表現出最佳的倍率性能，在5 A g^-1（20C, 1C = 250 mA g^-1）下仍保持212 mAh g^-1的高放電容量，遠高于DME（193 mAh g^-1）、PC（24 mAh g^-1）和EC/DEC（5 mAh g^-1）。

此外，即使在-20 °C的低溫下，HC電極在2 A g^-1下也可以保持175 mAh g^-1的高容量（其室溫容量的74%），且在1000次循環后仍保持其初始容量的90%。因此，與酯基電解液相比，商用HC電極在THF基電解液中的電化學性能顯著提高。這項工作不僅提出了一種先進的低溫電解液，而且為下一代高倍率低溫電池的界面調制提供了新的見解。

圖2. HC電極在1 M NaPF₆/THF電解液中的低溫性能

Electrode-Electrolyte Interfacial Chemistry Modulation for Ultra-High Rate Sodium-Ion Battery, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202200475

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王海燕/孫旦Angew：實現超高倍率鈉電池的電極-電解液界面化學調制

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