近年來，鈉離子電池因其豐富的資源儲量、理想的成本效益和與鋰離子電池相似的電化學儲能機制被廣泛研究。然而，當電池處于低溫環境下工作時，緩慢的電化學反應動力學會導致嚴重容量損失、壽命衰減、充放電能力受限甚至出現安全問題。設計低凝固點的新型電解液，構建均勻、穩定且能保證Na+快速傳輸的電極/電解液界面，是實現鈉離子電池在低溫下高性能穩定運行的有效途徑。



針對上述問題，西安交通大學電氣學院王鵬飛教授課題組設計了一種低濃度的醚類電解液，抑制了低溫下的鹽析出現象，并在低溫下形成了有機成分主導的穩定的整體式電極/電解液界面，促進了Na+在低溫環境下的快速傳輸。電化學測試與分子動力學模擬的結果共同表明，該電解液的在低溫下展現出優異的動力學特性，有效降低了低溫下不利的極化和顯著增大的電化學阻抗。Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O正極和硬碳負極在﹣30℃的低溫環境下分別展現出92.5%和93.1%的高容量保持率，同時具備出色的長循環穩定性。這項工作系統性地研究了低溫環境下電解液與界面的變化，對極端環境電解液的設計與電極/電解液界面的研究提供了重要參考。



該研究成果以《整體式電極/電解液界面促進低溫下鈉離子的快速傳輸》（Monolithic Interphase Enables Fast Kinetics for High-Performance Sodium-Ion Batteries at Subzero Temperature）為題，發表在國際頂尖學術期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大學博士生馮意虎為本文第一作者，西安交通大學王鵬飛教授、武漢理工大學尤雅教授、華中科技大學吉曉研究員和浙江大學陸俊教授為本文共同通訊作者。論文第一單位為西安交通大學電工材料電氣絕緣全國重點實驗室新型儲能與能量轉換納米材料研究中心。

該研究工作得到國家自然科學基金、西安交通大學青年拔尖人才計劃、電工材料電氣絕緣全國重點實驗室、陜西省“高層次人才引進計劃”、江蘇聚烽新能源科技有限公司、西安交通大學思源學者、中央高?；A研究經費等資助。表征及測試工作得到西安交通大學分析測試共享中心的支持。