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?南開AFM：納米約束電解液實(shí)現(xiàn)可持續(xù)鈉離子電池

鈉離子電池（SIBs）因其低成本、豐富的上游資源以及與鋰離子電池兼容的制備工藝而被認(rèn)為是大規(guī)模電化學(xué)儲能裝置的理想候選材料。然而，液態(tài)電解液中的高活性游離溶劑分子會在電極和電解液之間引發(fā)持續(xù)的界面副反應(yīng)，從而降低SIBs的循環(huán)性能。

圖1 普通液態(tài)電解液和MOF約束電解液的比較

南開大學(xué)張凱等首先利用具有1.1 nm均勻納米孔道的銅基金屬有機(jī)框架（Cu-MOF-74）作為SIBs電解液的約束骨架，以提供納米通道來物理約束溶劑，從而創(chuàng)造開放金屬位點(diǎn)（OMS）來與鈉鹽進(jìn)行化學(xué)配位。通過DFT模擬和固態(tài)核磁共振（SSNMR）的結(jié)合，作者研究發(fā)現(xiàn)約束效應(yīng)會促使電解液形成高度聚集的溶劑化結(jié)構(gòu)，這有利于抑制電極-電解質(zhì)界面副反應(yīng)并提高電解液的熱穩(wěn)定性。

圖2 電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)表征

因此，采用MOF約束電解液的Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)正極實(shí)現(xiàn)了3000次循環(huán)的超長壽命和93%的容量保持率。此外，采用納米約束電解液的電池還能在60℃的高溫下工作600多次。這項研究提出了一種制備可持續(xù)SIBs的可行方法，也為解決電化學(xué)儲能系統(tǒng)中電解液和電極之間的副反應(yīng)提供了指導(dǎo)。

圖3 電化學(xué)性能研究

Nano-Confined Electrolyte for Sustainable Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202314288

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