在高纬度/高海拔地区构建可靠的二次电池始终是一项技术挑战，特别是在超低温（-40C）环境下，需要能够高效运行的储能系统。由于低温动力学性能较差，传统电池技术难以在如此极端的条件下实现可靠、高效的能源供应，因此寻找替代技术已成为当务之急。有机电池因其天然丰富、成本低廉、灵活性、可塑性和快速的动力学响应而备受关注。与传统无机电极材料的固态扩散限制相比，有机电池具有灵活的分子结构和与表面控制相关的快速动力学，使其成为极低温度下传统电池技术的实用替代品。然而，有机电池的电化学性能受到氧化还原活性官能团的影响，形成的活性中间体稳定性较差，容易与电解液发生副反应，导致活性物质损失明显，容量迅速下降。为了保证有机电极的长期稳定运行，研究人员提出了许多策略并努力解决这一问题，但目前该领域的研究尚未取得理想的进展。需要努力探索更有效的方法来促进有机电池技术在低温环境中的应用。
近日，阿德莱德大学研究生院乔世章教授（点击查看介绍）领导的研究小组开发出突破性技术，首次在超低温钠中使用稳定的异质异质环己烯二醇四酮二钠（DSR） -离子电池。反应速度快，稳定周期很长。通过分子设计，研究人员利用分子间-相互作用，有效避免自由基中间体的损失，构建纳米尺寸的DSR和共轭单层氧化石墨烯复合材料（nDSR*）。这种有机复合电极在-50摄氏度下表现出高达130 mAh g-1的电化学容量。包含普鲁士蓝类似物（PBA）的全电池在-40摄氏度下以300 mA g-1的高电流密度运行超过7000次循环，并保持101 mAh g-1的放电容量。在实际应用中，软包电池即使在-50摄氏度的环境下也能持续为LED灯供电。这项研究揭示了有机电极独特的储能特性，并为可靠和可持续的低温电池开辟了新途径。
图1。稳定的多相（固-液-固）转变可实现有机钠离子电池的超低温和长循环。图片来源：J.Am.Chem。
在实际应用中，nDSR||PBA软包电池表现出优异的低温电化学性能。两节串联的软包电池成功地在-50 摄氏度下为LED 灯（绿色，2.0 V）持续供电。演示过程中，灯光持续亮起超过1.5小时。而且，该电池可以反复充放电，充电性能良好，性能稳定，凸显了nDSR*||PBA电池在实际应用中的巨大潜力。
图2.-50软包电池性能。图片来源：J.Am.Chem。
研究结果最近发表在《美国化学会杂志》上。论文第一作者为阿德莱德大学徐新博士，通讯作者为乔世章教授。
通过稳定的多相转换建立超低温有机钠电池的优异耐久性
徐鑫、任世英、吴涵、李焕、叶超、Kenneth Davey、乔世章*
化学学会，2024，DOI: 10.1021/jacs.3c11931
乔世章教授简介
乔世章院士现任澳大利亚阿德莱德大学化学工程学院纳米技术讲座教授、能源与催化材料中心主任，主要从事新型纳米材料领域的研究。作为电催化剂、电池、光催化剂等能源技术的联络点，我们在Nature、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Science Advances、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte等530多种国际顶级期刊上发表文章Chemie-International Edition、Advanced Materials等发表学术论文。它的引用次数超过121,500 次，h 指数为178。
乔世章教授曾获得多项重要奖项和荣誉，包括2023年ARC澳大利亚工业奖研究员、2021年南澳大利亚年度科学家奖、2017年ARC澳大利亚奖研究员、2016年埃克森美孚奖、2013年美国奖等。荣获化学会能源与燃料新兴研究员奖和澳大利亚研究理事会杰出研究员奖（DORA）。
乔教授是澳大利亚科学院、国际化学工程师学会、澳大利亚皇家化学学会和英国皇家化学学会会员。同时，他是英国皇家化学学会国际期刊EES Catalysis的主编，也是科睿唯安在化学、材料科学、环境和生态领域备受推崇的科学家。汤森路透。
乔世章教授的主页：
https://www.adelaide.edu.au/directory/s.qiao#
https://www.x-mol.com/university/faculty/29675
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