近日，華僑大學材料學院闕蘭芳課題組在低溫鈉離子電池研究領(lǐng)域取得新進展，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)表于國際頂級期刊《PNAS》（美國科學院院刊）。PNAS是美國國家科學院的官方學術(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，享有極高的國際聲譽。

鈉離子電池（SIBs）被認為是極具應(yīng)用前景的大規(guī)模、全天候、長周期儲能技術(shù)。為了促進其高質(zhì)量發(fā)展，需要面對更為嚴苛的操作要求，例如高倍率充放電以及能在極端工作溫度下穩(wěn)定運行的能力。然而，極端操作條件往往會導致顆粒與電極層面的問題，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)動的副反應(yīng)，以及由溫度變化所觸發(fā)的動力學控制步驟轉(zhuǎn)變。這些反應(yīng)呈現(xiàn)出復雜的、遠離平衡態(tài)的特征，對SIBs的整體性能產(chǎn)生顯著影響。更為重要的是，要在實際的運行環(huán)境和電池循環(huán)過程中準確捕捉并理解這些現(xiàn)象，是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。

鑒于此，闕蘭芳副教授研究團隊根據(jù)前期關(guān)于低溫金屬離子電池與理論計算的研究工作積累（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，通過電化學測試、原位表征并結(jié)合理論計算模擬，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)等問題提供新的思考視角和實施途徑。

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

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