钠金属具有~1166 mA h g−1高的理论比容量和−2.71 V的低氧化还原电位，在钠金属电池领域有着广阔的应用前景。然而，缓慢的界面反应动力学和不稳定的电极/电解质界面严重阻碍了钠金属电池（SMBs）在极低温环境下的实际应用。
在此，中南大学方国赵、清华大学张强等人提出了一种基于酯类的电解质，其具备溶剂-阴离子协同作用和自净化功能，使SMBs能够在低至-60°C的极低温条件下稳定运行。弱溶剂化的氟化溶剂（二氟乙酸乙酯，EDFA）构建了阴离子主导的溶剂化结构，其中高供体数的三氟乙酸阴离子（TFA⁻）协同降低了Na⁺的去溶剂化能垒，同时触发EDFA的脱氟反应，从而在固态电解质界面（SEI）中原位生成无机成分（如NaF）。
此外，添加剂三（三甲基硅基）亚磷酸酯（TMSPi）通过自净化机制有效清除腐蚀性HF物种，确保了阴极-电解质界面（CEI）的耐久性。结果表明，基于酯类的SMBs在-40°C下的容量保持率为96%（相对于室温容量），并表现出优异的倍率性能（-40°C下400 mA g⁻¹时为81.64 mAh g⁻¹，保持率为70.26%，是目前酯基SMBs在极低温条件下的最佳表现），以及长循环寿命（-40°C下>300次循环，-60°C下100次循环）。
图1. 溶剂化结构表征
总之，该工作提出了一种具备溶剂-阴离子协同作用和自净化功能的羧酸盐基电解质设计，实现了钠金属电池在极低温条件下的稳定运行。氟化的EDFA溶剂因其弱溶剂化能力，促进了阴离子（FSI⁻和TFA⁻）进入溶剂化结构，而TFA⁻通过与Na⁺的强相互作用共同迁移并降低去溶剂化能垒。
此外，TFA⁻通过调节电解质的能级轨道，促使EDFA在阳极/电解质界面发生脱氟反应，生成富含无机成分的SEI。这种独特的溶剂-阴离子协同作用显著提升了低温动力学性能。添加剂TMSPi能够抑制阴极活性氧（Me-O⁻）对氢的持续捕获与释放，消除副产物HF，从而实现电解质的自净化并增强CEI的稳定性。
在-40°C下，优化后的电解质使Na||NaCrO₂电池在100 mA g⁻¹下稳定循环超过300次，在400 mA g⁻¹下循环超过100次；即使在-60°C下，电池仍能保持85.6%的容量并循环100次。因此，该项工作为开发适用于极低温环境的酯基钠金属电池提供了新思路，并可推广至其他有机电解质体系的可充电电池中。
图2. 电池性能
Carboxylate-Based Electrolyte with Bilateral Functions Enable Working Sodium-Metal Batteries at -60°C, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202508584
方国赵，中南大学教授，博导，湖湘青年英才，湖湘青年科技创新人才，湖南省优青。主要从事低成本储能二次电池关键材料研究和技术开发，主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目、湖湘青年科技创新人才项目、湖南省优青基金项目、中南大学创新驱动计划，参与国家自然科学基金重点项目1项。以一作/通讯作者在Nature Commun., Angew. Chem., Adv. Mater., Prog. Mater Sci., Natl. Sci. Rev., Sci. Bull., Acta Mater.等国内外顶级期刊发表学术论文60余篇，其中1篇入选2019年中国百篇最具影响力国际学术论文，曾入选热点论文15篇，ESI高被引论文36篇。H-index指数62，总引用1万余次。连续3年（2022-2024）入选科睿唯安“全球高被引科学家”（交叉学科、材料学科）、入选全球前2%顶尖科学家（终身科学影响力排行榜）。担任Adv. Powder Mater.期刊特聘编委，eScience, Energy Environ. Mater., Green Energy Environ.等期刊青年编委，能源材料与器件专家委员会委员，复合材料专家委员会委员，中国化学会会员，中国有色金属学会会员。
张强 教授 清华大学长聘教授、博士生导师。曾获得国家自然科学基金杰出青年基金、教育部青年科学奖、中国青年科技奖、北京青年五四奖章、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship、清华大学刘冰奖、国际电化学会议Tian Zhaowu奖。2017-2020年连续四年被评为“全球高被引科学家”。长期从事能源化学与能源材料的研究。近年来，致力于将国家重大需求与基础研究相结合，面向能源存储和利用的重大需求，重点研究锂硫电池的原理和关键能源材料。提出了锂硫电池中的锂键化学、离子溶剂复合结构概念，并根据高能电池需求，研制出复合金属锂负极、碳硫复合正极等多种高性能能源材料，构筑了锂硫软包电池器件。这在储能相关领域得到应用，取得了显著的成效。