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非水鈉離子電池（SiBs）是一種可行的電網存儲的電化學儲能系統。然而，SiBs的實際發展主要受阻于正極活性材料（如多離子型鐵基硫酸鹽）在高電壓下的遲緩動力學和界面不穩定性。

圖1 材料設計及表征

鄭州大學陳衛華等提出了Na_2.26Fe_1.87(SO₄)₃的多尺度界面工程，其中體外異質結構和暴露的晶面被調整以改善鈉離子存儲性能。

物理化學特性和理論計算表明，Na₆Fe(SO₄)₄相的異質結構通過豐富鈉離子遷移通道和降低能量障礙，促進了離子動力學的發展。

此外，Na_2.26Fe_1.87(SO₄)₃的(11-2)平面促進了電解液中ClO₄-陰離子和氟代碳酸乙烯酯分子的吸附，從而在正極形成了一個無機物豐富的Na離子導電間相（CEI），進一步實現了正極/電解質界面上的快速離子轉移和高電壓下的電解質穩定性。

圖2 CEI分析

因此，采用復合硫酸鐵基正極的鈉金屬電池在6 mA g^-1時的初始放電容量為101.3 mAh g^-1（電池的平均放電電壓約為3.75 V），并具有良好的倍率性能（73.5 mAh g^-1，1200 mA g^-1）和循環穩定性（在60 mA g^-1下進行1300次循環和600 mA g^-1下進行5700次循環后，容量保持率分別為80.69和65.32%）。

此外，一個實驗室規模的全硫化鐵鈉離子軟包電池在24 mA g^-1時的初始比能量密度為168.2 Wh kg^-1（基于正負電極的重量），并且可進行電極回收。

圖3 鈉金屬扣式電池性能

Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39384-7

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陳衛華Nature子刊：多尺度界面工程實現5700次循環鈉電正極！

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