近期，大連理工大學材料科學與工程學院胡方圓教授在鈉離子電池關鍵材料創(chuàng)制方面取得進展，揭示了電極電勢誘導液態(tài)金屬界面張力變化的構效關系，闡明了微應力場促進Na+傳輸?shù)男聶C制，構筑了新型高性能的電化學儲能器件。研究成果以“具有應力變化的微應力泵促進高性能鈉離子電池離子傳輸”（Micro-stress pump with stress variation to boost ion transport for high-performance sodium-ion batteries）為題，在材料領域頂級期刊《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science，影響因子：32.4）發(fā)表，并被遴選為當期的封面論文。

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期刊封面圖和“仿生心臟”微應力泵助力鈉離子傳輸示意圖

胡方圓教授等人受到心臟泵血機制的啟發(fā)，提出了微應力泵促進離子流傳輸?shù)男虏呗�，促進了Na+快速傳輸，揭示了電極電勢誘導液態(tài)金屬界面張力變化的構效關系，闡明了微應力場促進Na+傳輸?shù)男聶C制。該工作主要是在電化學過程中通過電壓變化調控液態(tài)金屬規(guī)律性收縮/擴張，作為微應力泵來模擬心臟節(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，起到了通過應力場加快離子傳輸速率的作用。結合微型傳感器原位監(jiān)測技術，闡明了液態(tài)金屬基電極材料的應力與電化學性能之間的構效關系。構筑出Ah級軟包電池，在1 C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系，揭示了電極電勢對Na+電化學傳輸速率的影響規(guī)律。在還原反應過程中，電極電勢降低，液態(tài)金屬的界面張力加快了Na+向內的傳輸速率。在氧化反應過程中，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。

論文的通訊作者為胡方圓教授，第一作者是金鑫博士。該研究得到了國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金項目、中國石油科技創(chuàng)新基金項目、大連市杰出青年科技人才項目及我校的“星海優(yōu)青”等項目的資助支持。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00282b