​南开/温大PNAS：阴离子-Na+配位化学的调控助力低温钠离子电池

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​南开/温大PNAS：阴离子-Na+配位化学的调控助力低温钠离子电池
随着对储能系统的需求越来越严格，在低温下进行高性能钠存储变得迫切。然而，缓慢的界面动力学导致了容量损失的加剧，这源于界面Na+的去溶剂化。
​南开/温大PNAS：阴离子-Na+配位化学的调控助力低温钠离子电池
在此，南开大学李福军，温州大学侴术雷、李林等人将具有超高供电子的全氟化阴离子–三氟乙酸盐（TFA-）引入以二聚体（G2）为基质的电解质中，从而在宽温度范围内获得阴离子强化溶质。
与在 1.0 M NaPF6-G2 中相比，TFA- 阴离子和占据内鞘的 G2 分子减少的独特溶剂化结构加速了 Na 的去溶剂化，使其在 -20 ℃ 以上和 -20 ℃ 以下的去溶剂化能分别从 4.16 kJ mol-1 和 24.74 kJ moL-1 降至 3.49 kJ mol-1 和 16.55 kJ moL-1。该电解质使 Na||Na3V2(PO4)3电池在-40 ℃下循环 100 次后，可提供其室温容量的 60.2% 和 99.2% 的高容量保持率。
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图1. 随温度变化的溶剂化作用
总之，该工作将具有超高供电子性的全氟 TFA- 阴离子引入醚基电解质中，可调节阴离子强化溶剂化。其中内层 Na+ 溶剂化鞘由TFA–、更多的 FP6– 和减少的 G2 分子组成，25 ℃ 时 Na(G2)4.78(PF6)1.33(TFA)0.22 ，-40 ℃ 时 Na(G2)3.46(PF6)4.34(TFA)0.19 ，在宽温度范围内可有效地加速 Na+ 的去溶剂化。这种电解质配置诱导了阴离子衍生的富含无机物的稳定SEI 层，从而实现了超高和超稳定的 Na 沉积/剥离 CE。
Na||NVP 电池的室温容量为其室温容量的 60.2%，在 -40 ℃ 下循环 100 次后容量保持率高达 99.2%。因此，该项工作强调了电解质溶剂化中的阴离子强化配位，为持久、快速充电和低温 SIB 的溶剂化化学调控提供了见解。
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图2. 电化学性能
Regulation of anion–Na + coordination chemistry in electrolyte solvates for low-temperature sodium-ion batteries, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2024 DOI: 10.1073/pnas.2316914121

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