大連理工大學(xué)在鈉離子電池領(lǐng)域取得新突破

近期，大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院胡方圓教授在鈉離子電池關(guān)鍵材料創(chuàng)制方面取得進(jìn)展，揭示了電極電勢誘導(dǎo)液態(tài)金屬界面張力變化的構(gòu)效關(guān)系，闡明了微應(yīng)力場促進(jìn)Na+傳輸?shù)男聶C(jī)制，構(gòu)筑了新型高性能的電化學(xué)儲能器件。研究成果以“具有應(yīng)力變化的微應(yīng)力泵促進(jìn)高性能鈉離子電池離子傳輸”（Micro-stress pump with stress variation to boost ion transport for high-performance sodium-ion batteries）為題，在材料領(lǐng)域頂級期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science，影響因子：32.4）發(fā)表，并被遴選為當(dāng)期的封面論文。

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期刊封面圖和“仿生心臟”微應(yīng)力泵助力鈉離子傳輸示意圖

胡方圓教授等人受到心臟泵血機(jī)制的啟發(fā)，提出了微應(yīng)力泵促進(jìn)離子流傳輸?shù)男虏呗�，促進(jìn)了Na+快速傳輸，揭示了電極電勢誘導(dǎo)液態(tài)金屬界面張力變化的構(gòu)效關(guān)系，闡明了微應(yīng)力場促進(jìn)Na+傳輸?shù)男聶C(jī)制。該工作主要是在電化學(xué)過程中通過電壓變化調(diào)控液態(tài)金屬規(guī)律性收縮/擴(kuò)張，作為微應(yīng)力泵來模擬心臟節(jié)律性跳動過程，從而類似加速血流泵出現(xiàn)象而改善離子流傳輸過程，起到了通過應(yīng)力場加快離子傳輸速率的作用。結(jié)合微型傳感器原位監(jiān)測技術(shù)，闡明了液態(tài)金屬基電極材料的應(yīng)力與電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。構(gòu)筑出Ah級軟包電池，在1 C電流密度下經(jīng)過500次循環(huán)充放電過程后，其容量保持率為90.2%。

該工作闡述了液態(tài)金屬界面張力與電極電勢之間的關(guān)系，揭示了電極電勢對Na+電化學(xué)傳輸速率的影響規(guī)律。在還原反應(yīng)過程中，電極電勢降低，液態(tài)金屬的界面張力加快了Na+向內(nèi)的傳輸速率。在氧化反應(yīng)過程中，電極電勢增加，液態(tài)金屬表面電荷密度增大，界面張力下降，加快了Na+向外的傳輸速率。

論文的通訊作者為胡方圓教授，第一作者是金鑫博士。該研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、中國石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目、大連市杰出青年科技人才項(xiàng)目及我校的“星海優(yōu)青”等項(xiàng)目的資助支持。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00282b