電網規模的儲能系統需要低成本、高能量密度、長循環壽命的電池。該要求促進了正極材料的發現，這種正極材料能夠將電荷載流子離子存儲在具有多維擴散路徑且體積變化小的開放框架晶體結構中。
蔚山國立科學技術研究院Sung-Kyun Jung、成均館大學Jongsoon Kim等報道了一種用于鈉離子電池(SIBs)有前景的氟基正極材料，即Na2TiFeF7。
圖1 Na2TiFeF7的結構、形態表征和氧化還原反應
Na2TiFeF7結構中Ti3+和Fe2+離子的存在使得Ti3+/Ti4+和Fe2+/Fe3+氧化還原反應能夠用于可逆的≈1.95 mol Na+離子嵌入/脫出，對應于C/20下≈185 mAh g?1的比容量。由于具有≈3.75 V的高理論Fe2+/Fe3+氧化還原電勢，Na2TiFeF7還表現出≈3.37 V(vs Na+/Na)的高平均工作電壓，這遠高于其他具有實際容量大于160 mAh g-1的 鈉層狀氧化物正極材料。
這項工作通過第一性原理計算，證明了Na2TiFeF7的帶隙能量（≈1.83 eV）低于其他Fe基氟化物材料，這意味著Na2TiFeF7與其他Fe基氟化物材料相比，表現出更高的電子電導率。此外，作者證實由于具有足夠低的理論活化勢壘能量（≈477.68 meV），Na+在Na2TiFeF7結構中的擴散很容易，這可以提高功率性能。
因此，即使在5C時，Na2TiFeF7也保留了大約73%的比容量，表明其具有出色的功率能力。
此外，由于三維互連(Fe, Ti)F6八面體的高結構穩定性可導致充放電過程中的小體積變化（≈0.96%），這與具有二維框架的一般層狀氧化物正極大的結構變化明顯不同，因此Na2TiFeF7實現了優異的容量保持率，在1C下循環600次后，與初始容量相比，Na2TiFeF7的容量保持率約為71%，庫侖效率超過99%。總之，這些發現為開發用于高性能SIBs的氟化物基新型正極材料提供了見解。
圖3 Na2TiFeF7在充放電過程中的氧化還原反應和局部結構演變
Highly Stable Fe2+/Ti3+-Based Fluoride Cathode Enabling Low-Cost and High-Performance Na-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI:10.1002/adfm.202201816
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