可再生能源的高效存储引起越来越多的关注，追求低污染、低成本、高性能的可逆二次电池成为一种重要趋势。在电化学储能领域，钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，且钠具有储量丰富、分布广泛、价格便宜等天然的资源和成本优势。因此，钠离子电池被认为是非常具有竞争力的储能电池。

然而，钠离子电池在大电流密度下和低温环境中应用受到很大限制。钠离子电池中能量和功率密度的不平衡本质上是来自于氧化还原反应和电荷输运动力学的限制，这主要是由电极/电解质界面的缓慢电荷转移过程和电解质中脱溶过程主导的。由于二次电池的性能很大程度依赖于电极/电解液界面，改善整个电极/界面/电解质系统的动力学过程至关重要。

近日，中南大学王海燕教授和孙旦特聘副教授课题组，以商业硬碳作为钠离子电池负极，设计一种以环醚(四氢呋喃，THF)为溶剂，NaPF₆为电解质盐的新型电解液，通过调控脱溶剂化能和构建均匀SEI膜，优化阳极/电解质的界面性质，实现了超高倍率充放电和低温性能优异的钠离子电池。

通过分子动力学模拟、密度泛函理论计算和各种表征技术的结合测量，对该电解质的离子溶剂结构进行了深入分析。与其他醚(1,2-二甲氧基乙烷)和酯基(碳酸丙烯和碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯)电解质相比，Na⁺-THF配合物的配位结构最弱，使Na⁺在电极表面以较小的阻力脱溶，实现更快的离子迁移动力学。

在THF基电解质中，NaF和R-O-Na含量丰富，形成了薄而均一的界面相。均匀分布的NaF有利于Na⁺通过SEI层快速扩散，同时有机组分的存在保证了界面的稳定性。

由于电解质的弱溶剂化结构和均一的SEI，商业硬碳在1 M NaPF₆/THF中表现出优越的倍率性能和长循环稳定性。即使在-20 °C的低温下，仍然可以实现2 A g^-1下175 mAh g^-1的可逆容量，这是迄今为止报道的钠离子电池的最佳低温性能。

论文信息