近日，大連理工大學(xué)教授胡方圓在鈉離子電池關(guān)鍵材料創(chuàng)制方面取得進(jìn)展，揭示了電極電勢誘導(dǎo)液態(tài)金屬界面張力變化的構(gòu)效關(guān)系，闡明了微應(yīng)力場促進(jìn)Na+傳輸?shù)男聶C(jī)制，構(gòu)筑了新型高性能的電化學(xué)儲能器件。相關(guān)成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》上，并被遴選為當(dāng)期的封面論文。
“仿生心臟”微應(yīng)力泵助力鈉離子傳輸。大連理工大學(xué)供圖
胡方圓等人受到心臟泵血機(jī)制的啟發(fā)，提出了微應(yīng)力泵促進(jìn)離子流傳輸?shù)男虏呗?，促進(jìn)了Na+快速傳輸，揭示了電極電勢誘導(dǎo)液態(tài)金屬界面張力變化的構(gòu)效關(guān)系，闡明了微應(yīng)力場促進(jìn)Na+傳輸?shù)男聶C(jī)制。團(tuán)隊在電化學(xué)過程中通過電壓變化調(diào)控液態(tài)金屬規(guī)律性收縮/擴(kuò)張，作為微應(yīng)力泵來模擬心臟節(jié)律性跳動過程，從而類似加速血流泵出現(xiàn)象而改善離子流傳輸過程，起到了通過應(yīng)力場加快離子傳輸速率的作用。結(jié)合微型傳感器原位監(jiān)測技術(shù)，闡明了液態(tài)金屬基電極材料的應(yīng)力與電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。構(gòu)筑出Ah級軟包電池，在1C電流密度下經(jīng)過500次循環(huán)充放電過程后，其容量保持率為90.2%。
該工作闡述了液態(tài)金屬界面張力與電極電勢之間的關(guān)系，揭示了電極電勢對Na+電化學(xué)傳輸速率的影響規(guī)律。在還原反應(yīng)過程中，電極電勢降低，液態(tài)金屬的界面張力加快了Na+向內(nèi)的傳輸速率。在氧化反應(yīng)過程中，電極電勢增加，液態(tài)金屬表面電荷密度增大，界面張力下降，加快了Na+向外的傳輸速率。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D4EE00282B
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