通过钒铁基NASICON框架中的阳离子工程实现超稳定钠存储的解锁

《Advanced Energy Materials》：Unlocking the Ultrastable Sodium Storage via Cation Engineering in Vanadium-Iron-Based NASICON Framework

钠离子电池用NASICON材料通过铝掺杂抑制离子应变，实现高容量158.31 mAh g-1和长循环稳定性91.7%（5000次）。

　　

摘要

基于钒铁的Na_xVFe(PO₄)₃ NASICON材料因低成本和优异的离子导电性而成为钠离子电池（SIBs）中备受推崇的负极材料。然而，V⁴⁺/V⁵⁺之间的不可逆相变以及较大的阳离子应变导致了结构不稳定，限制了其实际应用。本研究提出了一种经济高效的钠缺失型Na_3.4□0.6VFe_0.5Al_0.5(PO₄)₃ (NVFAP) NASICON负极，通过用离子半径较小的Al³⁺（0.53 ?）替代离子半径较大的Fe²⁺（0.78 ?），有效抑制了V³⁺（0.64 ?）八面体位点处的阳离子应变，从而实现了超稳定的性能。这种阳离子工程（V³⁺/Fe²⁺/Al³⁺）结构使得Na离子扩散通道更加畅通，促进了更多的Na离子参与电化学反应，因此在0.1 C电流密度下实现了158.31 mAh g^?1的高比容量和434.5 Wh kg^?1的能量密度。引入的Al³⁺离子在八面体位点提供了稳定的配位环境，降低了带隙，使得氧化还原反应可逆进行，从而有效防止了电池在3.8 V以上电压下的结构崩塌。经过5000次循环测试后，该负极在20 C电流密度下的容量仍保持了91.7%。这项研究对开发低成本、高性能的NASICON负极材料具有重大意义。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可应合理要求向通讯作者索取。