基于界面轨道杂化的稳健阴极-电解质界面实现了卓越的钠离子存储性能

《ACS Nano》：Interfacial Orbital Hybridization Derived Robust Cathode-Electrolyte Interphase Enables Exceptional Sodium-Ion Storage Performance

铁普鲁士蓝类似物阴极通过硫基界面层增强钠离子电池性能，利用Fe 3d与1-丙炔-1,3-磺酮sp2轨道杂化调控电子密度分布，形成稳定锚定的RSO3Na界面层，抑制立方-四方相变（体积收缩率降低69.2%），实现1500次循环容量保持率99.87%，支持90C高倍率，-20℃低温环境仍保持可靠性能。

　　

阴极-电解质界面（CEIs）对提高电池性能至关重要，然而传统的CEIs通常与阴极的粘附性较差，尤其是在经历显著体积变化的阴极上。在这里，我们展示了通过在基于铁的普鲁士蓝类似物（FePB）阴极上实现FePB中的Fe 3d轨道与1-丙烯-1,3-磺酮（PS）中的O sp²轨道之间的界面轨道杂化，来构建一种含硫的CEI（S-CEI），用于钠离子电池。X射线吸收近边结构（XANES）光谱结合密度泛函理论（DFT）计算表明，这种3d-sp²轨道杂化重新分配了局部电子密度，改变了FePB中的Fe配位结构以及PS中的?SO₃–环境。这种相互作用在电池首次循环过程中触发了FePB表面均匀形成富含RSO₃Na物种的S-CEI。这些RSO₃Na物种通过继承的3d-sp²耦合与表面Fe中心形成强相互作用，从而牢固地锚定了S-CEI并稳定了FePB晶格。低温透射电子显微镜（cryogenic TEM）实验表明，S-CEI在长时间循环后仍保持化学和结构上的完整性。原位同步辐射X射线衍射结果显示，FePB@S-CEI的立方相到四方相转变显著减弱，单位晶胞体积收缩率从18.5%降至5.7%/V。因此，FePB@S-CEI在1C电流下经过1500次循环后仅损失0.013%的容量，具有高达90C的高倍率性能，并且在?20至60 °C的温度范围内表现稳定。本研究提出了一种通过界面轨道杂化设计坚固CEI以提升电池性能的通用策略。