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Adv. Sci.：珍珠結構增強的NASICON正極實現5000次循環鈉離子電池

基于良好的離子導電性和結構穩定性，鈉超離子導體（NASICON）材料，特別是利用釩的多價氧化還原反應，是鈉離子電池（SIBs）中最有前途的正極之一。

為進一步促進其在大規模儲能生產中的應用，一個合理的策略是將釩與地球上豐富而廉價的元素（如鐵、錳）相結合，以降低釩基NASICON材料的成本和毒性。

圖1. p-NVFP的示意及表征

東北師范大學吳興隆、郭晉芝、新加坡南洋理工大學Edison Huixiang Ang等通過用鐵部分取代V，設計了一種非凡的NASICON材料Na_3.05V_1.03Fe_0.97(PO₄)₃（NVFP）。此外，除了由溶膠-凝膠工藝產生的碳涂層外，還選擇了具有獨特形狀的支鏈的球形高導電性Ketjen Black（KB），以提高電子導電性、平衡價態、并在初始電化學過程中調節主要結構。

研究顯示，像”珍珠”一樣的支鏈環繞著獨立的NVFP顆粒（p-NVFP），提供了更多的導電路徑，大大提高了電流密度和電池容量，進一步延長了電池的使用時間。因此，所得p-NVFP呈現出良好的容量（0.2C時106.8 mAh g^-1）、顯著的高倍率容量（即使在15C時也有87.8 mAh g^-1）和長循環（5C下穩定運行超過5000次）性能。

圖2. p-NVFP的電化學性能研究

此外，作者通過采用原位X射線衍射（XRD）和原位X射線光電子能譜（XPS）闡明了活性支鏈注入對晶體結構畸變的影響。并且通過循環伏安法（CV）曲線和恒電流間歇滴定技術（GITT）對p-NVFP的穩定運行進行了研究。

在電壓平臺下的快速動力學刺激下，p-NVFP的全電池顯示出顯著的能力，在20C時具有84.9 mAh g^-1的高容量保持和持久的循環性能（在2C時每循環的容量衰減率為0.016%）。這種簡單而有效的結構設計通過”珍珠”的分散傳輸網絡緩沖了電流對宿主材料的影響，而p-NVFP的混合狀態使固溶反應在鈉存儲機制中得到充分體現，這為其他具有成本效益的系統的大規模儲能應用提供了啟示。

圖3. 原位XRD和XPS研究

Pearl-Structure-Enhanced NASICON Cathode toward Ultrastable Sodium-Ion Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202301308

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