研究示意图。
本报讯（记者刁雯蕙）南方科技大学讲席教授赵天寿院士、副研究员韩美胜、副教授曾林团队将一种集成聚阴离子和层状氧化物的复合正极用于钠离子电池，实现了10万次循环寿命，容量保持率达72.6%，为长寿命、低成本钠离子电池设计提供了新思路。相关研究成果近日发表于《能源与环境科学》。
锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命和成本持续降低的优势，被广泛应用于电动汽车、储能系统等新能源领域。然而，锂资源短缺制约了其发展，促使研究人员和产业界探索替代技术。
钠资源丰富、成本低，且与锂同族，化学性质相似，有望成为锂的有力补充。此外，研究发现，钠离子电池在低温性能、安全性方面优势突出，性能特征和市场前景已被人们充分认知，被认为是最有潜力的新型储能电池之一。然而，传统钠离子电池正极材料存在明显短板，聚阴离子型化合物稳定性高但容量低，层状氧化物容量高却易受空气和水汽侵蚀，且循环稳定性差。
为此，研究团队设计了一种嵌入多孔碳框架的聚阴离子-层状氧化物复合正极。该正极由富钠聚阴离子化合物和层状氧化物组成原位共生双相异质结构，优化后显著提升了钠离子存储性能。
研究团队创新性地将聚阴离子型化合物和层状氧化物结合，通过铁掺杂降低磷酸钒钠的带隙，激活钒元素的氧化还原反应，提升导电性和比容量，并通过引入多孔碳骨架，增强电子传导并缓冲体积膨胀。此外，低应变的层状氧化物作为“稳定剂”，有效缓解了充放电过程中的结构应力。
该复合正极在0.1C倍率下可逆容量达130mAh/g，100C高倍率的电流密度下，循环10万次后容量保持率为72.6%，远超当前聚阴离子型正极的寿命极限，比绝大多数报道高出一个数量级。团队还成功制备出安时级软包电池，能量密度达153.4Wh/kg，循环寿命超500次，为后续工程化验证奠定了基础。
相关论文信息：
10.1039/D4EE05110F
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