高比能高倍率准固态钠离子微型电池研制成功

最近，中国科学院大连化学研究所吴忠帅课题组与中国科技大学鲍新河院士和颜瑜教授合作，研制了一种高比能量、高倍率的准固态钠离子微电池，揭示了钠离子的多向传输机制。相关研究成果发表在《能源与环境科学》上。

近年来，微电子和微系统如无线传感器、植入式医疗设备和可穿戴电子设备发展迅速，迫切需要开发高性能微型电池。锂离子微型电池是目前最流行的微型电源，但也存在锂资源稀缺、成本高等问题。与金属锂相比，钠资源丰富，成本低廉，其电化学性能与锂相近。因此，钠离子微型电池的发展具有重要的应用前景。

研究人员设计开发了三维互联石墨烯网络支撑的钛酸钠阳极和钒酸钠磷酸盐阳极，制备了高通量电子离子三维传输微电极，并成功构建了平坦化的准固体钠离子微电极。开发了一种新型离子液体凝胶电解质(NaBF4/EMIMBF4/PVDF-HFP)，它具有高离子电导率(8.1 mS/cm)、宽电压窗口和不易燃等优点。通过该装置的整体设计，有效耦合了钠离子的平面结构、明显的赝电容贡献和多向传质的优点，钠离子微型电池具有高容量(30.7毫安时/立方厘米)和优异的室温倍率性能。在室温和30℃的放大倍数下，其比容量为每立方厘米15.7毫安时。在100℃和100℃的放大倍数下，其比容量为每立方厘米13.5毫安时。

此外，钠离子微型电池具有出色的灵活性、可调的输出电压和容量以及高能量密度(每平方厘米145微瓦小时)。该研究团队将原位和准原位表征相结合，提出平面微储能装置是原位研究电荷储存机制的理想电化学模型，可以同时原位研究整个电池正负电极的结构演变和形态变化。

该研究为高比能量、高功率微型电池的设计和储能机理的原位研究提供了新的思路。

相关论文信息:https://doi.org/10.1039/c9ee03219c