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氟化碳（CF?_x）被認(rèn)為是一種有前途的鋰/鈉/鉀原電池正極材料，具有優(yōu)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(qiáng)共價(jià)性，因此實(shí)現(xiàn)高能量和功率密度仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

在此，湘潭大學(xué)歐陽(yáng)曉平研究員、潘勇教授、潘俊安等人結(jié)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(dǎo)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(bào)道的最高水平。?

DFG-N 的鈉原電池和鉀原電池在 10 C 時(shí)分別實(shí)現(xiàn)了 15256 W kg^-1 和 17881 W kg^-1 的創(chuàng)紀(jì)錄功率密度。?表征結(jié)果和密度泛函理論計(jì)算表明，DFG-N的優(yōu)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(dǎo)率。?

圖1. DFG-N的結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作對(duì)氟化石墨烯納米片進(jìn)行了一種有效的表面工程策略，該策略結(jié)合表面脫氟和氮摻雜來(lái)構(gòu)建具有厚度可控的納米級(jí)導(dǎo)電層，以增強(qiáng)電子和離子電導(dǎo)率。采用表面工程技術(shù)從FG中獲得納米片結(jié)構(gòu)的DFG-N材料，保留了高氟含量、高N摻雜含量、層間間距擴(kuò)大、潤(rùn)濕性好、比表面積大、電化學(xué)活性的C-F鍵等優(yōu)勢(shì)。因此，首次在Li/CFx原電池中實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)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(shí)現(xiàn)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(xiàn)報(bào)道的多數(shù)L/CFX電池。因此，該工作展示了一種通過(guò)表面工程實(shí)現(xiàn)超高功率密度而不降低氟含量和能量密度的策略，并為開(kāi)發(fā)先進(jìn)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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歐陽(yáng)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

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