近日，華僑大學材料學院闕蘭芳課題組在低溫鈉離子電池研究領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)研究成果以“Unveil the Origin of Voltage Oscillation for Sodium-Ion Batteries Operating at ?40 °C”為題及全文形式發(fā)表于國際頂級期刊《PNAS》（美國科學院院刊）。PNAS是美國國家科學院的官方學術(shù)綜合性刊物，創(chuàng)刊于1914年，是全球屈指可數(shù)的“百年名刊”之一，享有極高的國際聲譽。

鈉離子電池（SIBs）被認為是極具應(yīng)用前景的大規(guī)模、全天候、長周期儲能技術(shù)。為了促進其高質(zhì)量發(fā)展，需要面對更為嚴苛的操作要求，例如高倍率充放電以及能在極端工作溫度下穩(wěn)定運行的能力。然而，極端操作條件往往會導致顆粒與電極層面的問題，包括顆粒間或顆粒內(nèi)的荷電狀態(tài)異質(zhì)性、低溫下極化驅(qū)動的副反應(yīng)，以及由溫度變化所觸發(fā)的動力學控制步驟轉(zhuǎn)變。這些反應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的、遠離平衡態(tài)的特征，對SIBs的整體性能產(chǎn)生顯著影響。更為重要的是，要在實際的運行環(huán)境和電池循環(huán)過程中準確捕捉并理解這些現(xiàn)象，是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。

鑒于此，闕蘭芳副教授研究團隊根據(jù)前期關(guān)于低溫金屬離子電池與理論計算的研究工作積累（Angew. Chem. Int. Ed.2022,61, e202213416；Adv. Mater.2023,35,2307592），在本研究中聚焦SIBs低溫電壓振蕩的起源及其控制因素，通過電化學測試、原位表征并結(jié)合理論計算模擬，探究了NVP(磷酸釩)正極在PC(碳酸丙烯)/EC(碳酸乙烯)基電解質(zhì)中的電壓振蕩行為，并證實該現(xiàn)象與材料在低溫下的局域相轉(zhuǎn)變密切相關(guān)；揭示了影響NVP正極在PC/EC基電解質(zhì)中低溫局部相變的主要因素，進而提出消除低溫電壓振蕩的策略，構(gòu)建了兼具良好低溫適應(yīng)性與優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的鈉離子全電池。本研究為解決SIBs在極端工況環(huán)境下所面臨的性能限制和穩(wěn)定性挑戰(zhàn)等問題提供新的思考視角和實施途徑。

華僑大學為本論文第一署名單位，華僑大學材料學院闕蘭芳副教授為論文第一作者與通訊作者，復(fù)旦大學晁棟梁教授和廈門理工學院羅浩副教授為論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、福建省自然科學基金、廈門市自然科學基金和華僑大學科學研究基金的大力支持。

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2311075121