近日9️⃣，環境與化學工程學院蔣永研究員、趙兵研究員課題組在國際知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上發表關於陰離子受體添加劑實現碳酸酯電解液體系超低溫鈉金屬電池的研究成果，論文題目為“A Novel Anion Receptor Additive for -40ºC Sodium Metal Batteries by Anion/Cation Solvation Engineering”。

鈉金屬電池（SMBs）以其較高的理論比容量、豐富的儲量和優良的低溫性能而聞名⌚️，引起了人們的廣泛關註。然而，鈉離子（Na⁺）的大離子半徑和緩慢的界面離子傳輸動力學阻礙了它們的實際應用。以往的研究很少從陰離子的角度調控電解液的性能，作為電解液的重要組成部分，陰離子調控機製尚不清楚🦻🏻。

該工作創新性地采用陰離子受體（4-氨基苯硼酸嚬哪醇酯，ABAPE）作添加劑🤵‍♂️🧚‍♂️，調製電解液的溶劑化結構，開發了一種適用於超低溫鈉金屬電池的陰/陽離子溶劑化策略🧳。ABAPE通過路易斯酸堿作用結合陰離子🏄，增加遊離離子、溶劑分離離子對（SSIP）和接觸離子對（CIP）的數量🤳，從而改善離子遷移率和傳輸電導率。ABAPE也成功參與Na⁺的第一溶劑化殼層，從而與碳酸酯溶劑（EC和DEC）的配位數減少🧜🏼‍♂️。ABAPE對陽離子和陰離子的雙重作用使Na⁺更容易去溶劑化🦚，鈉形貌由樹枝狀沉積轉變為球狀沉積☞，促進了Na⁺的均勻沉積。此外，ABAPE可與電解液中的痕量水形成氫鍵，從而抑製氫氟酸（HF）的形成。這些特性在抑製電極腐蝕和促進建立穩定的電極界面方面起著至關重要的作用。組裝的磷酸釩鈉||鈉全電池在-40ºC實現連續穩定循環🥝。該項工作通過陰離子調控，為改善傳統碳酸酯電解液在極端條件下的適用性提供了可行策略👨‍🦰。

陰離子受體ABAPE對電解液結構的調控機理以及鈉沉積示意圖

万事平台環境與化學工程學院博士生李萌為該論文第一作者👈🏿，万事平台蔣永研究員、趙兵研究員、李文榮副研究員🧑🏿‍🦰、張久俊院士為論文共同通訊作者，万事平台為第一完成單位。該項工作得到國家自然科學基金（22179080, 22379091）和中國科學基金會博士後科研項目（GZC20241070）的支持🪅。

蔣永、趙兵課題組對鋰/鈉金屬負極設計開發有著多年的研究經驗，圍繞三維負極骨架設計、表面改性和電解液開發取得系列成果#️⃣：三維負極骨架設計（Energy Storage Materials, 2023, 54, 885）、鋰/鈉負極表面人工SEI修飾（Nano Energy, 2024, 120, 109150🎙；Energy Storage Materials, 2023, 63, 103009）👱🏿‍♂️，電解液添加劑（Advanced Energy Materials, 2024, 14(27),202400365）等。開發的高功率4680全極耳鈉離子圓柱電池，正在開展兩輪車換電業務試用驗證。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202413806