近期，大连理工大学材料科学与工程学院胡方圆教授在钠离子电池关键材料创制方面取得进展，揭示了电极电势诱导液态金属界面张力变化的构效关系，阐明了微应力场促进Na+传输的新机制，构筑了新型高性能的电化学储能器件。研究成果以“具有应力变化的微应力泵促进高性能钠离子电池离子传输”（Micro-stress pump with stress variation to boost ion transport for high-performance sodium-ion batteries）为题，在材料领域顶级期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science，影响因子：32.4）发表，并被遴选为当期的封面论文。
期刊封面图和“仿生心脏”微应力泵助力钠离子传输示意图
胡方圆教授等人受到心脏泵血机制的启发，提出了微应力泵促进离子流传输的新策略，促进了Na+快速传输，揭示了电极电势诱导液态金属界面张力变化的构效关系，阐明了微应力场促进Na+传输的新机制。该工作主要是在电化学过程中通过电压变化调控液态金属规律性收缩/扩张，作为微应力泵来模拟心脏节律性跳动过程，从而类似加速血流泵出现象而改善离子流传输过程，起到了通过应力场加快离子传输速率的作用。结合微型传感器原位监测技术，阐明了液态金属基电极材料的应力与电化学性能之间的构效关系。构筑出Ah级软包电池，在1 C电流密度下经过500次循环充放电过程后，其容量保持率为90.2%。
该工作阐述了液态金属界面张力与电极电势之间的关系，揭示了电极电势对Na+电化学传输速率的影响规律。在还原反应过程中，电极电势降低，液态金属的界面张力加快了Na+向内的传输速率。在氧化反应过程中，电极电势增加，液态金属表面电荷密度增大，界面张力下降，加快了Na+向外的传输速率。
论文的通讯作者为胡方圆教授，第一作者是金鑫博士。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、中国石油科技创新基金项目、大连市杰出青年科技人才项目及我校的“星海优青”等项目的资助支持。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00282b