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鈉離子電池（SIB）作為電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)的潛在候選者之一，需要應對極端天氣條件。然而，具有寬工作溫度范圍的全天候SIB卻鮮有報道。

在此，復旦大學王永剛教授等人成功地展示了一種寬工作溫度SIB，由碳包覆的Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇（NFPP@C）正極、鉍（Bi）負極和二甘醇二甲醚基電解液組成。

通過使用原位傅里葉變換紅外光譜/衰減全反射（FTIR/ATR）分析和XRD表征，作者驗證了溶劑化的Na⁺可以通過合金化反應直接被Bi負極存儲而無需脫溶劑化過程，這對于低溫運行至關重要。此外，作者發(fā)現(xiàn)碳包覆的NFPP正極在低溫條件下表現(xiàn)出較高的Na⁺擴散系數(shù)，這歸因于其在NFPP晶體框架中穩(wěn)定的三維Na⁺擴散通道。

圖1. 原位FTIR/ATR分析和XRD表征

Na/Bi半電池測試證實，Bi電極在二甘醇基電解液中表現(xiàn)出良好的低溫行為。進一步測試表明，Bi//NFPP@C電池在-40℃下表現(xiàn)出良好的倍率和循環(huán)性能，甚至在-70 ℃的超低溫下仍能提供70.19%的室溫容量。

更重要的是，受益于基于二甘醇二甲醚的電解液的低凝固點（-71.2 °C）和高沸點（151.5 °C），Bi//NFPP@C電池在60 °C和80 °C下的容量為 320 mAh g^-1（高于室溫下的容量，305 mAh g^-1），甚至在100 ℃的高溫下也能正常運行。這項研究可能為未來寬溫SIB的設計提供指導，同時開發(fā)具有更經(jīng)濟電極材料的寬溫SIBs也至關重要。

圖2. Bi//NFPP@C電池的低溫性能

Sodium-ion Battery with a Wide Operation-Temperature Range from -70 to 100 °C, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202116930

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復旦王永剛Angew: 一種具有-70~100°C寬工作溫度范圍的鈉離子電池

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