中國研究團隊開發鈉金屬電池新型電解質：實現超快充電，2,000次循環後仍保留90%容量

鈉金屬電池重大突破：新型電解質實現超快充與超長壽命

中國東南大學研究團隊攜手中科海鈉（HiNa Battery Technology）與揚州大學，成功開發出一種新型準固態電解質，有望讓鈉金屬電池實現更快的充電速度、更長的使用壽命，以及更高的安全性。

該團隊設計了一種「雙介質電解質」，針對鈉金屬電池兩大核心挑戰——鈉離子傳輸速度過慢，以及不穩定的界面導致枝晶（dendrite）生長與電池失效——提出了有效的解決方案。

為何關注鈉電池？

鈉電池近年來備受矚目，被視為鋰離子電池的低成本替代方案，主要原因在於鈉元素儲量豐富，且較不受供應鏈限制的影響。然而，要在不犧牲循環壽命的前提下實現快速充電，一直是該領域的技術難題。

關鍵性能突破

研究人員指出，新型電解質的鈉離子遷移數（transference number）達到 0.94，同時維持 1.3 mS cm⁻¹ 的離子電導率。相較之下，傳統準固態電解質的遷移數通常僅在 0.4 至 0.7 之間，嚴重限制了充電效能。

離子傳輸速度提升6倍

該電解質採用錫離子（Sn²⁺）與二氟草酸硼酸鹽（DFOB⁻）離子的組合。根據研究團隊的說明，DFOB⁻ 能夠削弱鈉離子與聚合物網絡之間的交互作用，釋放出更多鈉離子自由移動。模擬結果顯示，鈉離子擴散速率可達 16.8 Ų ns⁻¹，約為傳統液態電解質的6倍。

此外，該材料在電池運作過程中，會在正負極兩端形成保護層。在鈉金屬負極端，錫離子生成富含鈉錫合金的界面，促進鈉的均勻沉積；在正極端，DFOB⁻ 則幫助形成一層薄而堅固的保護層，降低電解質降解。

這種「雙互鎖」設計透過平衡主體與界面的離子配位，提升了整體電解質穩定性，確保在高電流條件下鈉離子的順暢傳輸，減少濃差極化，並在快充循環中維持穩定表現。這些界面保護層的設計目的在於抑制枝晶——這種針狀金屬結構可能引發短路並縮短電池壽命。

實驗室測試成果亮眼

在實驗室測試中，鈉對稱電池在電流密度 0.1 mA cm⁻² 的條件下，運作長達 6,000 小時，未出現枝晶相關故障。系統的臨界電流密度達到 3.0 mA cm⁻²。

搭配磷酸釩鈉正極材料後，電池即使在等效約 4分鐘完成滿充 的超快充電速率下，仍能輸出 80.1 mAh g⁻¹ 的容量。在 3C 高倍率充電條件下，經過 2,000 次充放電循環後，容量保留率仍達 90%。電解質在高達 4.7 伏特的電壓下保持穩定，未來有望相容更高電壓的正極材料。

超越實驗室階段

研究團隊的測試不僅止於紐扣電池。無壓軟包電池在反覆彎折的情況下仍能持續運作，並成功為智慧型手機供電。高負載電池組態及其他正極化學體系也展現了良好的前景。

研究團隊表示，這項技術方案可進一步延伸至鋰金屬與鉀金屬電池，且與現有電池製造工藝相容。

該研究成果已發表於學術期刊《Nano-Micro Letters》。

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