近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)與中科院院士包信和團(tuán)隊(duì)以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授余彥團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出具有高比能、高倍率的準(zhǔn)固態(tài)鈉離子微型電池，并揭示了鈉離子多方向傳輸機(jī)制。

 近年來，無(wú)線傳感器、植入式醫(yī)療設(shè)備、可穿戴電子器件等微電子和微系統(tǒng)發(fā)展迅速，高性能的微型電池開發(fā)需求迫切。鋰離子微型電池是目前最流行的微型電源，但是存在鋰資源稀缺、成本升高等問題。相對(duì)于金屬鋰，鈉資源豐富，成本低廉，與鋰的電化學(xué)性能相似，因此發(fā)展鈉離子微型電池具有重要的應(yīng)用前景。

最近，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并發(fā)展了三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)支撐的鈦酸鈉負(fù)極和磷酸釩鈉正極，制備出高通量電子-離子三維傳輸微電極，成功構(gòu)建出平面化準(zhǔn)固態(tài)鈉離子微型電池。開發(fā)出了NaBF4基離子液體凝膠電解液(NaBF4/EMIMBF4/PVDF-HFP)，其具有高離子電導(dǎo)率(8.1 mS/cm)、寬電壓窗口、不易燃的優(yōu)點(diǎn)。通過器件整體設(shè)計(jì)，有效耦合了平面結(jié)構(gòu)、占主導(dǎo)的贗電容貢獻(xiàn)以及鈉離子多方向傳質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，該鈉離子微型電池在室溫下容量高(30.7 mAh/cm3)，倍率性能優(yōu)異。在室溫和30 C倍率下，其比容量為15.7 mAh/cm3;在100 ℃和100 C倍率下，其比容量為13.5 mAh/cm3。此外，該鈉離子微型電池具有優(yōu)異的柔性，輸出電壓和容量可調(diào)，能量密度高(145 μWh/cm2)。最后，結(jié)合原位和準(zhǔn)原位表征，該研究團(tuán)隊(duì)提出平面微型儲(chǔ)能器件是一種對(duì)電荷儲(chǔ)存機(jī)理進(jìn)行原位研究的理想電化學(xué)模型，可同時(shí)原位研究全電池中正負(fù)極的結(jié)構(gòu)演變和形貌變化。該工作為設(shè)計(jì)具有高比能和高功率的微型電池以及原位研究?jī)?chǔ)能機(jī)理提供了新的思路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源和環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等的資助。

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