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鈉離子電池作為一種新興的儲能技術(shù)，因其豐富的鈉資源儲備和相對較低的成本，近年來在新能源領(lǐng)域備受矚目。尤其是在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中，鈉離子電池被視為鋰離子電池的有力補充甚至替代品。然而，這種電池技術(shù)在實際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在極端溫度條件下的性能穩(wěn)定性問題。

高溫環(huán)境下容易引發(fā)電解液分解和電極材料退化，而低溫環(huán)境則會導(dǎo)致離子傳導(dǎo)速率急劇下降，這些問題嚴(yán)重制約了鈉離子電池的商業(yè)化進程。

近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所吳曉東研究員團隊聯(lián)合河海大學(xué)許晶晶教授課題組，在鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進展。

該團隊在國際知名期刊《ACSEnergyLetters》發(fā)表的研究中，提出了一種基于溶劑間協(xié)同效應(yīng)的電解液工程策略，通過亞硫酸二甲酯（DMS）與戊二腈（GN）的巧妙組合，構(gòu)建出適用于全氣候條件的混合鈉離子/金屬電池。這一成果為解決鈉電池極端環(huán)境適應(yīng)性問題提供了全新思路，并有望推動其在更廣泛場景中的應(yīng)用。

這種重構(gòu)后的溶劑化結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“富含陰離子且溶劑松散”的特征，大幅降低了鈉離子的去溶劑化能壘。在電極與電解液的界面處，鈉離子的傳輸與去溶劑化過程變得更為迅速，即使在極端溫度下也能保持高效的動力學(xué)性能。這一變化從根本上解決了傳統(tǒng)電解液在低溫下離子傳輸受阻的問題，同時為高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。

實驗數(shù)據(jù)有力地證明了這一策略的有效性。研究團隊裝配的NaNi?.??Fe?.??Mn?.??O?（NFM）||Na半電池，在-55℃至60℃的寬溫范圍內(nèi)、4.0V和4.1V的高壓條件下均實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。更令人矚目的是，采用預(yù)活化硬碳負極的NFM||HC全電池，在-40℃至45℃區(qū)間展現(xiàn)出顯著改善的循環(huán)穩(wěn)定性，即使經(jīng)過多次充放電循環(huán)，仍能保持較高的容量保持率和庫侖效率。

深入分析電極-電解質(zhì)界面（EEI）的特性可以發(fā)現(xiàn)，新型電解液體系形成的界面層富含NaF、Na?CO?、Na?SO?和Na?N等無機成分。這些成分不僅為鈉離子提供了快速傳輸通道，還增強了界面的機械強度，有效抑制了電解液的持續(xù)分解，減少了活性鈉的損失。這種穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)成為電池在極端條件下保持優(yōu)異性能的關(guān)鍵支撐，即使在高溫60℃或低溫-40℃的循環(huán)測試中，庫侖效率仍能維持在較高水平。

該研究的突破性意義不僅在于技術(shù)層面的創(chuàng)新，更在于為鈉離子電池的實際應(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙。長期以來，寬溫適應(yīng)性是儲能電池在復(fù)雜環(huán)境中部署的核心要求，無論是寒冷的高緯度地區(qū)，還是炎熱的沙漠地帶，都需要電池能夠穩(wěn)定工作。吳曉東團隊的成果使得鈉離子電池在極端氣候下的應(yīng)用成為可能，為大規(guī)模儲能項目的選址和運行提供了更大靈活性。

此外，這項研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金的支持，以及蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站的技術(shù)協(xié)助，體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新在推動關(guān)鍵技術(shù)突破中的重要作用。中國科學(xué)院蘇州納米所聯(lián)培碩士畢業(yè)生高藝文作為第一作者完成的這項工作，不僅為鈉離子電池的電解液設(shè)計提供了新的理論框架，更為全球儲能領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展貢獻了中國智慧。

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對儲能技術(shù)的需求日益迫切。鈉離子電池作為鋰離子電池的重要補充，在中大型儲能場景中具有不可替代的優(yōu)勢。吳曉東團隊的研究通過溶劑間協(xié)同效應(yīng)破解了寬溫應(yīng)用難題，不僅提升了鈉離子電池的性能上限，更降低了其商業(yè)化門檻，有望加速推動鈉離子電池在智能電網(wǎng)、可再生能源消納、分布式儲能等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為全球能源轉(zhuǎn)型注入新的動力。