鈉超離子導體（NASICON）型正極（例如，Na₃V₂（PO₄）₃）由于其開放和堅固的框架、快速的Na⁺遷移率和優異的熱穩定性而引起了廣泛的關注。為了使鈉離子電池（SIBs）商業化，NASICON型正極迫切需要更高的能量密度和更低的成本要求。

在此，中南大學梁叔全教授&曹鑫鑫副教授等人采用Fe取代策略設計了Na_3.5V_1.5Fe_0.5（PO₄）₃（NVFP），不僅降低了釩的高昂成本，而且實現了高電壓的多電子反應。所制備的NVFP正極可超高容量（148.2 mAh g^?1），在100℃下10000次循環后，其容量保持率高達84%。

原位X射線衍射和非原位X射線光電子能譜表征揭示了電化學反應過程中可逆的結構演變和氧化還原過程（Fe²⁺/Fe³⁺、V³⁺/V⁴⁺和V⁴⁺/V⁵⁺）。

通過密度泛函理論計算，闡明了低離子遷移能壘和理想的Na⁺擴散動力學。此外，與硬碳（HC）負極耦合，HC//NVFP全電池表現出高倍率能力和長循環壽命（在50攝氏度下3000次穩定循環）、304Wh kg^?1的高能量密度。

圖1. NASICON型NVEP-1材料的理論和電化學性能

總之，該工作設計了一種新型NASICON型NVFP作為SIBs的低成本、高能量密度和持久的正極材料。通過Fe摻雜，V⁴⁺/V⁵⁺氧化還原電對在高壓平臺成功激活。在2-3.8V的電壓窗口內提供110mAh g^-1的初始放電容量。

當充電截止電壓擴大到4.3V時，容量高達148.2 mA h g^-1，比能量密度高達501 Wh kg^-1。由NVFP正極制備的SIFC在50C下循環3000次后仍保持63.5%的初始容量。可以實現304 Wh kg^-1的材料級能量密度，這與其他報道的全電池性能相當。

圖2. 電池性能

Reversible Multi-Electron Redox Chemistry in NASICON-Type Cathode Toward High-Energy-Density And Long-Life Sodium-Ion Full Batteries Advanced Material 2023 DOI: 10.1002/adma.202304428