增强耐久、可持续性 意大利帕维亚大学首次提出了钠离子电池自愈方法

技术领域：钠离子电池

开发单位：帕维亚大学 Callegari D

技术突破：该研究描述了一种自愈(SH)方法以提高钠离子电池黑磷(BP)阳极的寿命。结果表明，SH BP阳极表现出极其优异的容量保持性能，在电流密度高于3.5 A g^-1时仍能工作，而标准的BP电极在电流密度0.5 A g^-1时已表现出极差的性能。

文章名称：Callegari D, Colombi S, Nitti A, et al. Autonomous Self-Healing Strategy for Stable Sodium-Ion Battery: A Case Study of Black Phosphorus Anodes. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021.

应用价值：该研究结果为UPy-遥爪基团扩展到其他面临显著体积变化的电化学活性材料奠定了基础。

下一代金属离子电池(锂离子电池和钠离子电池)需要进一步增强耐久性、降低单位存储能量成本以及提升可持续性。电池性能降低程度与阳极电活性材料的物理化学性能相关。自愈(SH)，即自发修复机械应力造成损害的能力，在新一代电化学设备领域备受关注。高性能阳极材料(硅、磷等)在离子插入时受到体积膨胀和相变的严重影响，降低了阳极材料的性能，而自愈这一特性能提高可充电锂离子电池或钠离子电池的耐久性。来自意大利帕维亚大学的研究人员描述了一种自愈方法，以改善黑磷(BP)阳极在钠离子电池(SIB)中的循环寿命。为此，他们开发了一种新型的定向氢键聚合物材料作为电极的粘合剂，其具体作用是修复BP在循环过程中膨胀和应变所引起的机械损伤。该系统基于PEG遥爪聚合物，其链端有UPy官能团，在没有外部作用的情况下，室温下具有自我恢复能力。当采用新的SH聚合物时，BP阳极表现出极其优异的容量保持性能。特别是，SH电极在电流密度高于3.5 A g^-1时仍能工作，而标准的BP电极在电流密度0.5 A g^-1时已表现出极差的性能。这是由于SH电极具有更好的粘附性、缓冲性能和自发损伤修复性能。这些成果为UPy-遥爪基团扩展到其他面临显著体积变化的电化学活性材料奠定了基础。(编译：苏旭 INESA)

图1 SH BP电极的设计和工作机理：(a) 粘合剂示意图;(b) UPyPEG₇₉₅UPy-PEO混合物的预期可逆行为。红点：插层Na⁺;黑线：可修复聚合物骨架;蓝色：电极结构。