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歐陽曉平/潘勇/潘俊安AM：氟化石墨烯納米片的表面工程使超快鋰/鈉/鉀一次電池成為可能

氟化碳（CF?_x）被認為是一種有前途的鋰/鈉/鉀原電池正極材料，具有優異的理論能量密度。然而，由于高度氟化的CF _x中C-F鍵的強共價性，因此實現高能量和功率密度仍然是一個巨大挑戰。

在此，湘潭大學歐陽曉平研究員、潘勇教授、潘俊安等人結合表面脫氟和氮摻雜的有效表面工程策略使氟化石墨烯納米片（DFG-N）具有可控的導電納米層和可控的C-F鍵。DFG-N為鋰原電池提供了前所未有的雙重性能，在50 C的超快倍率下，功率密度為77456 W kg^-1，能量密度為1067 Wh kg^-1，這是迄今為止報道的最高水平。?

DFG-N 的鈉原電池和鉀原電池在 10 C 時分別實現了 15256 W kg^-1 和 17881 W kg^-1 的創紀錄功率密度。?表征結果和密度泛函理論計算表明，DFG-N的優異性能歸因于表面工程策略，該策略在不犧牲高氟含量的情況下顯著提高了電子和離子電導率。?

圖1. DFG-N的結構表征

總之，該工作對氟化石墨烯納米片進行了一種有效的表面工程策略，該策略結合表面脫氟和氮摻雜來構建具有厚度可控的納米級導電層，以增強電子和離子電導率。采用表面工程技術從FG中獲得納米片結構的DFG-N材料，保留了高氟含量、高N摻雜含量、層間間距擴大、潤濕性好、比表面積大、電化學活性的C-F鍵等優勢。因此，首次在Li/CFx原電池中實現了創紀錄的高功率密度。Li/DFG-N電池在50 C的超快倍率下具有77456Wkg-1的功率密度，在1C下具有1828 Wh kg1的超高能量密度。

此外，在Na/CFx和K/CFx電池中實現了前所未有的放電倍率(10C)和超高功率能量(SPBs為15256 W kg-l,PPBs為17881Wkg-l)，高于文獻報道的多數L/CFX電池。因此，該工作展示了一種通過表面工程實現超高功率密度而不降低氟含量和能量密度的策略，并為開發先進的超快Li/Na/K一次電池指明了道路。

圖2.電池性能

Surface Engineering of Fluorinated Graphene Nanosheets Enables Ultrafast Lithium/Sodium/Potassium Primary Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202303444

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