福建师范大学/东北师范大学， Adv. Sci.：氢键耦合界面微环境使钠离子电池在宽温度范围内快速充电

第一作者：刘金玲

通讯作者：陈登龙*，谷振一*，吴兴隆*

单位：福建师范大学，东北师范大学

随着全球能源转型的深入和多元化应用场景的拓展，开发兼具快速充电能力和宽温度适应能力的钠离子电池已刻不容缓，然而，核心挑战在于构建稳定的正极-电解质界面（CEI）。传统策略主要依赖电解液配方调整，而忽视了本征材料表面工程。CEI复杂的耦合机制和微环境调控仍然是一个亟待攻克的科学前沿，因此，亟需一种能够从材料本征界面特性出发，协同解决高低温界面失效问题的新策略。

近日，来自福建师范大学的陈登龙教授与东北师范大学的谷振一、吴兴隆教授团队合作，在国际知名期刊Advance Science上发表题为“Hydrogen-Bond-Coupling Interfacial Microenvironment Enables Fast Charging of Sodium-Ion Batteries Over a Wide Temperature Range”的研究性文章。该文章创新性地提出了正极表面羟基与电解液分子之间的氢键耦合机制，精确调节界面微环境，协同解决了高低温界面失效之间的冲突，该策略在Na₃V₂(PO₄)₃正极上得到验证，在超宽温度范围内赋予其卓越性能。

文章采用1,3-丙二醇对Na₃V₂(PO₄)₃正极材料进行羟基化修饰，通过FT-IR、XPS、TG-MS等证实了表面羟基的成功引入。表面羟基能够与电解液分子之间形成氢键网络，有效促进稳定CEI的形成。

通过建立材料表面羟基与电解液分子之间的氢键耦合机制，精确调控界面微环境，半电池在2.3-4V区间表现出更加优异的动力学与电化学性能。室温下，60 C充电至80%仅需38.8 s，10 C循环10000次后仍保持72.84%的容量。80 °C时，10 C循环1600圈容量保持率高达84.17%。-60 °C时，0.5 C循环1000圈容量基本无衰减，即使低至-80 °C仍能正常工作。

通过实验与理论计算揭示了氢键耦合界面微环境的机制与作用。表面羟基与与电解液分子之间形成氢键，诱导FEC优先分解形成富含NaF的CEI层，增强的Na⁺-界面相互作用可降低离子扩散能垒。无论是高温还是低温，氢键耦合的界面均形成更薄、更均匀的CEI层，在充放电过程中保持更好的结构稳定性和更低的体积效应。

以商业硬碳为负极组装了全电池。2.2-3.9V区间，该全电池在0.2 C时能量密度达378.2 Wh kg⁻¹，不同倍率下具有优异的保持率，即使10 C仍有312 Wh kg⁻¹的能量密度。1 C循环300次后容量保持率高达93.95%。结果验证了氢键耦合界面策略的有效性，为开发具有快充能力和极端温度适应性的储能材料提供了新方法。

Hydrogen-Bond-Coupling Interfacial Microenvironment Enables Fast Charging of Sodium-Ion Batteries Over a Wide Temperature Range

陈登龙教授：福建师范大学教授、博士生导师，福建师范大学泉港石化研究院化工新材料首席专家。主要从事新能源材料、高分子材料的合成及其功能化的研究与产业转化，近十年主持福建省科技重大专项、中央引导地方科技发展专项等省部级项目10多项，作为子课题负责人参与福建省揭榜挂帅、重大专项3项，承担各地市、县区科技计划项目及企业委托横向项目100多项；申请发明专利200多件，已授权60多件，发表论文20多篇；主持编制“泉州市新材料产业发展规划（2021-2025年）”等10多项产业规划，具有丰富的技术研发、产业转化、产业服务经验。

吴兴隆教授：东北师范大学物理学院教授，“长江学者”特聘教授。主要研究方向为先进二次电池材料、废旧锂电回收与再利用。在材料、化学、环境、物理等学科的知名杂志上发表了通讯作者论文260多篇，发表的论文被他人引用＞27000次，H指数为91；连续入选科瑞唯安全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者；已获授权发明专利21项；主持了国家重点研发计划战略性科技创新合作重点专项、国家自然科学基金委重大研究计划和吉林省杰出青年基金等科研项目。曾获得吉林省自然科学奖二等奖（排名第一）、吉林省青年科技奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术奖青年奖和中国颗粒学会青年颗粒奖等科技奖励。