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黃云輝/馬吉偉EnSM: 通過氟取代解鎖Na4MnV(PO4)3中快速、可逆的鈉插層

開發用于鈉離子電池的高能量和高功率密度正極材料是一個挑戰。Na₄MnV(PO₄)₃作為一種Na超離子導體(NASICON)，是一種有前景的高性能低成本正極材料，但仍存在理論容量不達標、倍率性能低和循環穩定性差的問題。

在此，華中科技大學黃云輝教授與同濟大學馬吉偉教授、Mohammed Hadouchi等人采用一種簡單的性價比高的溶膠-凝膠法，揭示了在Na₄MnV(PO₄)₃（表示為NMVP）中氟取代形成Na_3.85MnV(PO_3.95F_0.05)₃(表示為NMVPF)的電化學性能的改善。

NMVPF用作鈉離子電池的正極時表現出高能量和高功率密度以及快速的鈉擴散動力學，在低電流速率下能量密度達到了~ 380 Wh kg^-1，與未摻雜的NMVP相比，它的速率性能也得到了很大的提高，且在高電流速率下循環壽命超過2000次。

圖1. NMVPF和NMVP電極的原位XRD測試

利用原位XRD對電池運行過程中的結構進行了研究，揭示了具有高結構可逆性的雙相機制。結合XRD和²³Na核磁共振 (NMR) 分析表明，從Na2中提取/插入鈉的速度比Na1位點快。

這些研究發現通過氟取代解鎖了NASICON磷酸鹽材料的高能量和高功率密度，為高性能鈉離子電池的發展開辟了廣闊的前景。

圖2. 基于NMVPF和NMVP的全電池的電化學性能

Unlocking Fast and Reversible Sodium Intercalation in NASICON Na₄MnV(PO₄)₃ by Fluorine Substitution, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.040

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