近日，華僑大學(xué)材料學(xué)院闕蘭芳課題組在低溫鈉離子電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)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(guó)際頂級(jí)期刊《PNAS》（美國(guó)科學(xué)院院刊）。PNAS是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的官方學(xué)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(guó)際聲譽(yù)。

鈉離子電池（SIBs）被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的大規(guī)模、全天候、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)。為了促進(jìn)其高質(zhì)量發(fā)展，需要面對(duì)更為嚴(yán)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(yùn)行的能力。然而，極端操作條件往往會(huì)導(dǎo)致顆粒與電極層面的問(wèn)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(dòng)的副反應(yīng)，以及由溫度變化所觸發(fā)的動(dòng)力學(xué)控制步驟轉(zhuǎn)變。這些反應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)的特征，對(duì)SIBs的整體性能產(chǎn)生顯著影響。更為重要的是，要在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境和電池循環(huán)過(guò)程中準(zhǔn)確捕捉并理解這些現(xiàn)象，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。

鑒于此，闕蘭芳副教授研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)前期關(guān)于低溫金屬離子電池與理論計(jì)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(guò)電化學(xué)測(cè)試、原位表征并結(jié)合理論計(jì)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(shí)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(jìn)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(wèn)題提供新的思考視角和實(shí)施途徑。

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

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