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低溫（<-30℃）下快速充電的鋰離子電池（LIBs）的高運行能力對于寒冷地區(qū)電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)和峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。然而，低溫性能受到Li⁺擴(kuò)散遲緩和高壓極化的嚴(yán)重困擾。

圖1. 在低溫下運行的TNO和TNO/TNN的局部結(jié)構(gòu)示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)尹鴿平、婁帥鋒等提出了一種鑲嵌式的TiNb₂O₇/TiNbN₂（TNO/TNN）異質(zhì)結(jié)，通過原子界面的內(nèi)置電場來實現(xiàn)改進(jìn)的離子擴(kuò)散動力學(xué)，以實現(xiàn)卓越的儲鋰性能。

密度泛函理論（DFT）計算進(jìn)一步顯示，相結(jié)界面可以顯著降低擴(kuò)散勢壘，提高導(dǎo)電性，增強Li⁺-脫溶能力，從而賦予TNO/TNN在低溫條件下的高Li⁺擴(kuò)散系數(shù)和快速充電能力。

圖2. TNO/TNN復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析和界面電場

結(jié)果，即使在-30℃，TNO/TNN也能提供較大的可逆容量（241.5 mAh g^-1）、卓越的倍率性能（20C時為108.6 mAh g^-1），以及令人鼓舞的耐久性（經(jīng)過1000次循環(huán)后保持96%的容量）。

此外，TNO/TNN在25℃的3000次循環(huán)中顯示了可忽略不計的容量衰減。總體而言，這種巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計為構(gòu)建用于寒冷地區(qū)電網(wǎng)儲能的快充電池的功能電極提供了一個新的方向。

圖3. 不同倍率和溫度條件下的Li⁺存儲性能

Phase-junction engineering triggered built-in electric field for fast-charging batteries operated at ?30°C. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.03.026

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?尹鴿平/婁帥鋒Matter：在-30℃下運行的快充電池！

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