近日，我國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊與中科院院士包信和團隊以及我國科學技術(shù)大學教授余彥團隊合作，開發(fā)出具有高比能、高倍率的準固態(tài)鈉離子微型電池，并揭示了鈉離子多方向傳輸機制。

近年來，無線傳感器、植入式醫(yī)療設(shè)備、可穿戴電子器件等微電子和微系統(tǒng)發(fā)展迅速，高性能的微型電池開發(fā)需求迫切。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，與鋰的電化學性能相似，因此發(fā)展鈉離子微型電池具有重要的應用前景。

最近，該團隊設(shè)計并發(fā)展了三維互連石墨烯網(wǎng)絡支撐的鈦酸鈉負極和磷酸釩鈉正極，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(NaBF4/EMIMBF4/PVDF-HFP)，其具有高離子電導率(8.1mS/cm)、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(30.7mAh/cm3)，倍率性能優(yōu)異。在室溫和30C倍率下，其比容量為15.7mAh/cm3;在100℃和100C倍率下，其比容量為13.5mAh/cm3。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(145μWh/cm2)。最后，結(jié)合原位和準原位表征，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模型，可同時原位研究全電池中正負極的結(jié)構(gòu)演變和形貌變化。該工作為設(shè)計具有高比能和高功率的微型電池以及原位研究儲能機理供應了新的思路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源和環(huán)境科學》(Energy&EnvironmentalScience)上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等的資助。