尹鸽平/娄帅锋Matter：在-30℃下运行的快充电池！

低温（<-30℃）下快速充电的锂离子电池（LIBs）的高运行能力对于寒冷地区电网的频率调节和峰值负荷转移至关重要。然而，低温性能受到Li⁺扩散迟缓和高压极化的严重困扰。

图1. 在低温下运行的TNO和TNO/TNN的局部结构示意图

哈尔滨工业大学尹鸽平、娄帅锋等提出了一种镶嵌式的TiNb₂O₇/TiNbN₂（TNO/TNN）异质结，通过原子界面的内置电场来实现改进的离子扩散动力学，以实现卓越的储锂性能。

密度泛函理论（DFT）计算进一步显示，相结界面可以显著降低扩散势垒，提高导电性，增强Li⁺-脱溶能力，从而赋予TNO/TNN在低温条件下的高Li⁺扩散系数和快速充电能力。

图2. TNO/TNN复合材料的结构分析和界面电场

结果，即使在-30℃，TNO/TNN也能提供较大的可逆容量（241.5 mAh g^-1）、卓越的倍率性能（20C时为108.6 mAh g^-1），以及令人鼓舞的耐久性（经过1000次循环后保持96%的容量）。

此外，TNO/TNN在25℃的3000次循环中显示了可忽略不计的容量衰减。总体而言，这种巧妙的结构设计为构建用于寒冷地区电网储能的快充电池的功能电极提供了一个新的方向。

图3. 不同倍率和温度条件下的Li⁺存储性能

Phase-junction engineering triggered built-in electric field for fast-charging batteries operated at −30°C. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.03.026

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