研究概述

随着电动汽车和智能电网的快速发展，对高性能电池的需求日益增长。特别是在航空航天和潜艇等领域，对电池的耐用性和宽温度范围的适应性提出了更高的要求。然而，现有的电池技术由于在极端温度下性能迅速下降，其工作温度范围相对有限。

在此，浙江大学陆俊、武汉理工大学尤雅等人利用不同温度下调节偶极-偶极相互作用，即通过在2-甲基四氢呋喃（MeTHF）、四氢呋喃（THF）和苯甲醚（AN）稀释液中溶解NaPF6探索了一种宽温域自适应特性的电解液（记为SMTA）。

具体而言，作者通过调整抗溶剂（AN）和共溶剂（MeTHF和THF）之间的相互作用，SMTA电解液在高温下实现了高热稳定性，并在低温下实现了快速动力学。研究发现，在高温下，AN与MeTHF显示出强烈的相互作用，从而抑制了副反应，而在低温下，AN与THF显示出强烈的相互作用，从而抑制了盐分沉淀。

基于此，该种温度自适应特性使得硬碳负极在-60至55℃的宽温度范围内的SMTA电解液中稳定工作，具有高容量。

总之，该工作通过调控溶剂分子间的偶极-偶极相互作用，开发了一种新型的温度自适应电解液，实现了在-60至55°C宽温度范围内的稳定运行。

作者通过分子动力学模拟和一系列实验验证了电解液在不同温度下的溶剂化结构变化，以及AN作为共溶剂对提高电解液化学稳定性和抑制盐沉淀的重要作用。此外，通过DFT计算分析了MeTHF分子在高温下的环开分解过程，以及AN与MeTHF之间的相互作用机制，为提高电解液的化学稳定性提供了理论依据。

因此，该项研究还强调了偶极-偶极相互作用在调节溶剂化结构中的重要性，为未来电解液的设计和优化提供了重要的参考。

图文解读

图1. SMTA电解液在宽温度范围内的机制研究

图2. 电解液面临的宽温度挑战和SMTA电解液中溶剂化结构的温度适应性转变的示意图

文献信息

Temperature-responsive solvation enabled by dipole-dipole interactions towards wide-temperature sodium-ion batteries, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-024-53259-5