酵母生物模板诱导应变效应构建多电子反应Na2.25 Ti0.75 V1.25 (PO4 )3 用于高性能钠离子电池

为解决钠离子电池（SIBs）正极材料Na3 V2 (PO4 )3 （NVP）的低电导率和容量限制问题，西南石油大学团队通过酵母生物模板法成功合成NASICON结构材料Na2.25 V1.25 Ti0.75 (PO4 )3 @Y（NT0.75 VP@Y）。该材料利用生物碳的压缩应变效应增强电子/离子传导性，实现135 mAh g?1 的放电比容量和94.8%的循环稳定性，为绿色低成本制备高性能SIBs正极提供了新策略。

　　

论文解读

背景与挑战
钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉被视为锂离子电池（LIBs）的理想替代品，但其发展受限于正极材料的性能瓶颈。典型NASICON（钠超离子导体）结构材料Na₃
V₂
(PO₄
)₃
（NVP）虽具有开放三维离子通道，但仅能实现两电子反应，导致容量不足（<120 mAh g^?1
），且存在电导率低、毒性高等缺陷。如何通过绿色方法提升材料的多电子反应能力和导电性，成为SIBs领域的关键难题。

研究设计与方法
西南石油大学团队创新性地采用酵母生物模板法，合成Ti/V共掺杂的NASICON材料Na_2.25
V_1.25
Ti_0.75
(PO₄
)₃
@Y（NT_0.75
VP@Y）。关键技术包括：1）酵母细胞壁吸附金属离子原位形成前驱体；2）煅烧后生成中空球形结构以缩短Na⁺
扩散路径；3）理论计算验证生物碳诱导的压缩应变对电子态分布和Na⁺
吸附的增强作用。

研究结果

1. 材料合成与结构特性
   通过酵母模板构建的中空球形NT_0.75
   VP@Y具有均匀的Ti/V分布，压缩应变使材料d带中心上移，强化NaClO₄
   吸附，显著提升离子/电子传导率。

2. 电化学性能
   在0.2 C倍率下实现135 mAh g^?1
   的高比容量，500次循环后容量保持率达94.8%。全电池和软包电池测试验证其实际应用潜力。

3. 机制解析
   Ti掺杂激活V³⁺
   /V⁴⁺
   和Ti³⁺
   /Ti⁴⁺
   多电子氧化还原对，生物碳的应变效应优化电荷分布，协同提升反应动力学。

结论与意义
该研究不仅为SIBs提供了一种低成本、环保的高性能正极材料合成策略，更通过生物模板诱导的应变效应开辟了材料性能调控的新路径。论文发表于《Materials Today Energy》，对推动钠电产业化具有重要参考价值。