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陳衛(wèi)華Nature子刊：多尺度界面工程實現(xiàn)5700次循環(huán)鈉電正極！

非水鈉離子電池（SiBs）是一種可行的電網(wǎng)存儲的電化學(xué)儲能系統(tǒng)。然而，SiBs的實際發(fā)展主要受阻于正極活性材料（如多離子型鐵基硫酸鹽）在高電壓下的遲緩動力學(xué)和界面不穩(wěn)定性。

圖1 材料設(shè)計及表征

鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華等提出了Na_2.26Fe_1.87(SO₄)₃的多尺度界面工程，其中體外異質(zhì)結(jié)構(gòu)和暴露的晶面被調(diào)整以改善鈉離子存儲性能。

物理化學(xué)特性和理論計算表明，Na₆Fe(SO₄)₄相的異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過豐富鈉離子遷移通道和降低能量障礙，促進了離子動力學(xué)的發(fā)展。

此外，Na_2.26Fe_1.87(SO₄)₃的(11-2)平面促進了電解液中ClO₄-陰離子和氟代碳酸乙烯酯分子的吸附，從而在正極形成了一個無機物豐富的Na離子導(dǎo)電間相（CEI），進一步實現(xiàn)了正極/電解質(zhì)界面上的快速離子轉(zhuǎn)移和高電壓下的電解質(zhì)穩(wěn)定性。

圖2 CEI分析

因此，采用復(fù)合硫酸鐵基正極的鈉金屬電池在6 mA g^-1時的初始放電容量為101.3 mAh g^-1（電池的平均放電電壓約為3.75 V），并具有良好的倍率性能（73.5 mAh g^-1，1200 mA g^-1）和循環(huán)穩(wěn)定性（在60 mA g^-1下進行1300次循環(huán)和600 mA g^-1下進行5700次循環(huán)后，容量保持率分別為80.69和65.32%）。

此外，一個實驗室規(guī)模的全硫化鐵鈉離子軟包電池在24 mA g^-1時的初始比能量密度為168.2 Wh kg^-1（基于正負電極的重量），并且可進行電極回收。

圖3 鈉金屬扣式電池性能

Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39384-7

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