在研究中，研究团队在液态金属上涂覆了一种新型高性能聚合物，并将其用作电极材料。
研究表明：
电化学氧化反应过程中，电极电位升高，液态金属界面张力降低，使其呈现松弛状态，有利于Na+的逃逸。
电化学还原反应过程中，电极电位降低，液态金属界面张力增大，使其呈现收缩形状，有利于Na+嵌入。
此外，他们开发了微应力-电化学信号原位监测装置，实现了钠离子电池在工作条件下电化学性能的原位实时动态监测。
作为一种新型高性能聚合物/液态金属复合电极材料，这种“仿心”电极材料具有优异的电化学性能和自修复功能，可以有效延缓电化学能源装置的失效，有助于提高电化学能源。器件容量和循环稳定性。
这种新型高性能聚合物/液态金属复合电极材料的制备方法高效可行，有望在各个研究领域得到应用。此外，该类材料还可赋予电化学能源器件柔韧性、耐磨性、可印刷性等功能。
（来源：能源与环境科学）
用“心脏式”微应力泵促进离子流传输
该团队表示，可再生能源获取技术存在间歇性和不稳定等问题，需要集成高效的智能电网系统以实现稳定的储能。
钠离子电池具有资源丰富、成本低廉的优势，在大规模储能市场具有更广阔的应用前景。然而，在高功率条件下，电网系统迫切需要高效的储能系统进行快速充放电。
因此，为了解决钠离子电池中离子传输动力学慢的问题，他们开展了高倍率电极材料构建的研究工作，并组装了具有自诊断功能的软包电池。
此前，不少科研人员从传统改性的角度进行了许多卓有成效的探索。因此，现阶段需要进一步提高钠离子电池的电化学性能。
研究中，研究团队从整体器件角度出发，耦合多个物理场（如电场、磁场、力场、热场、光场等），制备钠离子智能关键材料电池并探索其新的钠存储机制。 。
为了解决钠离子电池中离子传输动力学缓慢的问题，团队受到心脏泵血机制（即心肌的运动和收缩以促进血液流向全身）的启发，提出促进通过构建“类似心脏”的微应力泵来控制离子流。新的传播策略。
并通过电极电位-材料应力反馈机制，促进Na+的快速输运，揭示电极结构电位变化与材料界面张力之间的构效关系，揭示微应力的新机制揭示了加速Na+在材料体相中的传输，从而解决了Na+传输速率慢的问题。
此外，为了实时探索工作条件下微应力变化对钠离子电池电性能的影响，他们将微传感器内置于软包电池中，阐明了电化学性能和应力的结构效应-通过解耦应变信号来应变。关系。
研究人员表示，希望这项工作能够从微应力场构建的角度为Na+的高效传输提供新思路。
（来源：能源与环境科学）
天气突变带来的科研灵感
如前所述，这项研究的目的是解决慢离子传输动力学问题。在研究初期，他们尝试了多种方法对材料进行改性。经过反复优化制备技术和组装工艺，他们发现电化学性能仍然达不到预期。
偶尔有一天，气温急剧下降，他干活时感觉手冰凉。胡方圆认为，手凉与末梢循环不良有关，而心脏的泵血功能与末梢循环密切相关。于是他想到了心脏泵血的血流传输机制与电池中的离子流传输机制存在相似之处。
因此，她和她的团队决定利用液态金属的特性，随着电池电压的变化产生微应力变化，通过构建微应力泵来提高离子流传输的动态性能。
由于液态金属本身不易直接用于电极材料，他们通过构建一层薄薄的聚合物来涂覆液态金属，从而创造出聚合物/液态金属复合电极材料。
完成材料制备后，他们开始思考如何解释复合电极材料微观结构演化与其电化学性能之间的构效关系。
在日常生活中，嵌入建筑物内部的传感器可以提供连续、准确的动态应力信号反馈，以监测建筑物的倾斜角度，有利于及时发现和预警存在的安全隐患。
基于此，他们受到建筑中建筑结构健康监测技术的启发，于是将光纤布拉格光栅微传感器插入到钠离子软包电池中，探索充电过程中微应力变化与Na+传输之间的结构效应和放电过程。关系：
即电化学还原反应过程中，电极电位降低，液态金属的界面张力加速Na+嵌入动力学过程；
电化学氧化反应过程中，电极电位升高，液态金属表面电荷密度增大，界面张力降低，加速了Na+萃取动力学过程。
“即使没有条件，也可以创造条件。”
据研究团队介绍，一天晚上在实验室，基于他们“仿心”的科研思路，团队将液态金属放入电解液中，然后对电解液施加电压，结果发现液态金属表现出有规律的收缩。 /膨胀变化现象与电化学性能相互关联，这也激发了研究团队的好奇心，从而形成了初步的科研思路。
此外，由于当时还没有能够同时监测液态金属应力变化和电化学性能变化的高效表征技术和设备，因此在科学推进的过程中需要厘清微观结构与宏观电化学性能之间的构效关系。研究。 。该怎么办？
秉承“即使没有条件也可以创造条件”的科研信念，由于没有现成的表征设备来解耦应力与电化学性能变化之间的联系，因此您可以开发自己的表征设备。
在研究了多根光纤的尺寸、材料、功能和适用的原电池装置后，他们开始组装全新的应力电化学传感装置。
在组装过程中，由于纤维本身较细且容易断裂的缺点，使其适配原电池非常困难。经过半个月的长时间研究，新的小装置终于成功适配了。
“在科研工作中，表征技术和设备的创新也是工作的关键要素之一，所以这也是一项充满挑战且令人难忘的工作。”团队说道。
近日，题为“Micro-stress Pump with Stress Variety to boost ion Transport for High-Performance Sodiumion Battery”的相关论文发表在Energy & Environmental Science（IF 32.4）上，并被选为当期封面论文期刊的。大连理工大学金鑫博士为第一作者，胡方圆为通讯作者。
图|相关论文（来源：能源与环境科学）
审稿人评价说，研究人员“利用独特的微纤维传感技术和物理化学表征方法，探索了循环过程中微应力与Na+传输之间的关系”。
并表示，他们“提出了一种利用模拟心律血泵来运输Na+的新策略。同时，利用微纤维传感技术和物理化学表征，有效分析了材料的电化学性能和应力之间的机械相关性和微观变化”
（来源：能源与环境科学）
然而，上述聚合物/液态金属复合电极材料只是跨学科思想的具体载体。
他们的后续工作将围绕国家重大需求，开展智能储能电池研究，充分利用高分子材料的特性和多物理领域协同，开发智能电化学新能源材料和器件具体应用前景。构建新型高性能智能电化学能源系统。
具体来说，计划开发具有智能特性的新材料，集成实时传感、动态响应、自主决策的电化学能源系统，努力实现电化学能源装置的智能化管理。
参考：
1.金X.，裴明.，刘德.，宋Z.，蒋文.，毛R.，...和胡F.（2024）。具有应力变化的微应力泵，可促进高性能钠离子电池的离子传输。能源与环境科学，17(19), 7035-7046。
排版：罗毅
