释放晶格中的Ca2+：非晶态FePOx揭示了一种“由内而外”的自适应阴极工作原理

《Advanced Materials》：Liberating Ca2+ Storage from Lattices: Amorphous FePOx Unveiling an Inside-Out Adaptive Cathode Paradigm

钙离子电池阴极材料无定形FePOx通过开放离子通道和动态表面自适应机制，实现124.3 mAh/g高容量、1000次循环后92.1%容量保持率及76%高倍率性能。

　　

摘要

钙离子电池（CIBs）是多价离子电池（MVIBs）中具有前景的候选材料，但其发展受到缺乏能够高效容纳大量Ca²⁺且具有快速反应动力学特性的正极材料的限制。本研究展示了非晶态FePO_x如何凭借其固有的无序和柔韧性结构，有效克服晶格对Ca²⁺储存的束缚，从而实现一种适应性储存机制。首先，其非晶态网络不仅恢复了电化学活性，还提供了比刚性晶体结构更开放、更各向同性的离子传输路径，从而实现了更优异的Ca²⁺容纳能力，并获得了当前CIBs无机正极材料中最佳的Ca²⁺扩散系数（3.24 × 10^?9 cm² s^?1）。其次，这种非晶态网络的内在结构灵活性进一步使得FePO_x表面能够在Ca²⁺释放过程中实现动态自我优化。表面形态的演变提供了更多的Ca²⁺吸附位点，提升了脱钙/钙化反应的动力学性能。这种协同适应作用使得该材料表现出高容量（20 mA g^?1电流下为124.3 mAh g^?1）、优异的循环性能（1000次循环后仍保持92.1 mAh g^?1）以及高倍率性能（电流从20 mA g^?1增加到300 mA g^?1时容量保留率仍高达约76%），充分体现了非晶态结构在先进多价离子电池中的优势。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。