近日，中科院大連化物所研究員吳忠?guī)泩F隊與我國科學(xué)院院士包信和團隊以及我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授余彥團隊合作，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制。相關(guān)研究成果發(fā)表于《能源和環(huán)境科學(xué)》。

近年來微電子和微系統(tǒng)發(fā)展迅速，其中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。相關(guān)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應(yīng)用前景。

研究人員設(shè)計并發(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，其具有高離子電導(dǎo)率、寬電壓窗口、不易燃的優(yōu)點。通過器件整體設(shè)計，有效耦合了平面結(jié)構(gòu)、占主導(dǎo)的贗電容貢獻以及鈉離子多方向傳質(zhì)的優(yōu)點，該鈉離子微型電池在室溫下容量高(每立方厘米30.7 毫安時)，倍率性能優(yōu)異。在室溫和30 C倍率下，其比容量為每立方厘米15.7毫安時;在100 ℃和100 C倍率下，其比容量為每立方厘米13.5毫安時。

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(每平方厘米145 微瓦時)。結(jié)合原位和準(zhǔn)原位表征，該研究團隊提出平面微型儲能器件是一種對電荷儲存機理進行原位研究的理想電化學(xué)模型，可同時原位研究全電池中正負(fù)極的結(jié)構(gòu)演變和形貌變化。

相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1039/c9ee03219c