目前，可充电电池系统正广泛应用于从电子设备、电动汽车到太空任务的一系列应用领域中。其未来的发展需要满足包括快充以及极端温度等在内的更苛刻的操作条件，而在这些条件下，传统的锂离子电池无法达到理想的性能。

近日，同济大学黄云辉教授，Wei Luo，Jing Fu报道了研究了Na金属负极在-20 °C下使用传统碳酸盐电解液的行为，发现其在Na/Na对称电池中出现针状沉积，峰值阻抗高达2.8×10⁴ Ω，在此条件下Na负极的正常运行存在极大的动力学障碍。基于此，研究人员制定了一个双管齐下的方法来突破Na⁺离子去溶剂化和通过SEI扩散的障碍。

文章要点

1）研究人员利用由0.8 M NaPF₆在氟乙烯碳酸酯(FEC)/碳酸乙酯(EMC)/1,1,2,2-四氟乙基2,3,3-四氟丙基醚（HFE）中组成的高度氟化、弱溶剂化的电解质来促进Na⁺离子去溶剂化过程，由于Na+与这些溶剂分子的低结合能，使得Na⁺更容易从鞘中脱落。而通过Na₁₅Sn₄/NaF两相构成的人工SEI（ASEI）来实现Na⁺快速界面扩散。

2）实验结果显示，在-20 °C时，电池阻抗降低了25倍，Na⁺成核势垒降低，Na沉积呈球形。工作电压为2.0~4.3 V的Na/Na₃V₂(PO₄)₂O₂F（NVPOF）电池在室温（1 C下1000次循环）和-20 °C（0.5 C下600次循环）下的高容量保持率分别为93.1%和88.7%。当温度降至-30 °C、充放电倍率升至30 C时，放电容量分别为92.1和89.2 mAh/g，远远超过改性前的性能。

这种设计策略强调了实现低温和快充电的Na金属电池的同时去溶剂化和SEI控制，展示了如何在极端条件下如何克服动力学障碍。

参考文献

Xueying Zheng, et al, Knocking down the kinetic barriers towards fast-charging and low-temperature sodium metal batteries, Energy Environ. Sci., 2021,

DOI: 10.1039/D1EE01404H.

https://doi.org/10.1039/D1EE01404H.