“仿生心脏”微应力泵助力钠离子快速传输

“仿生心脏”微应力泵助力钠离子快速传输

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科学网

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https://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2024/10/2024102916225537123004.shtm

近日，大连理工大学教授胡方圆在钠离子电池关键材料创制方面取得重要进展。研究团队揭示了电极电势诱导液态金属界面张力变化的构效关系，并阐明了微应力场促进Na+传输的新机制，成功构筑了新型高性能的电化学储能器件。相关成果发表在《能源与环境科学》上，并被遴选为当期的封面论文。

“仿生心脏”微应力泵助力钠离子传输。大连理工大学供图

研究团队受到心脏泵血机制的启发，提出了微应力泵促进离子流传输的新策略。通过在电化学过程中调控电压变化，使液态金属产生规律性收缩/扩张，模拟心脏节律性跳动过程，从而加速离子传输过程。结合微型传感器原位监测技术，团队阐明了液态金属基电极材料的应力与电化学性能之间的构效关系。

实验结果显示，基于该技术构筑的Ah级软包电池表现出优异的循环稳定性。在1C电流密度下经过500次循环充放电过程后，其容量保持率仍高达90.2%。

该研究深入阐述了液态金属界面张力与电极电势之间的关系，揭示了电极电势对Na+电化学传输速率的影响规律。具体而言，在还原反应过程中，电极电势降低会加快Na+向内的传输速率；而在氧化反应过程中，电极电势增加会导致液态金属表面电荷密度增大，界面张力下降，从而加快Na+向外的传输速率。

这项创新性研究不仅为钠离子电池关键材料的创制提供了新思路，也为未来高性能储能器件的开发开辟了新路径。

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