铁离子助力钠离子电池能量密度提升

钠离子电池被视为大规模储能领域的潜力股，然而其能量密度偏低限制了其产业应用。南京大学的郭少华教授和周豪慎教授团队于8月21日宣布，他们提出了一种铁介导的新策略，使钠离子电池的能量密度达到206瓦时/千克。相关研究成果已于8月20日发表于国际学术期刊《自然·能源》。

提升钠离子电池的能量密度，激活正极材料中的晶格氧氧化还原反应是一条重要途径。研究表明，晶格氧参与电荷补偿可提供额外容量，但激活后其氧化还原的可逆性通常较差，容易导致晶格退化和电压衰减，进而影响电池性能。

在此次研究中，团队在镁掺杂锰酸钠正极材料中引入三价铁离子，构建了高容量的氧活性正极材料。研究指出，铁离子在此过程中充当“调解员”，其丰富的价态和灵活性使得电池在充放电过程中实现了高效的电子传递。充电时，三价铁离子被氧化为四价铁离子，后者作为电子受体从晶格氧中接收电子；放电时，四价铁离子又被还原回三价铁离子，并将电子回馈给被氧化的晶格氧。

实验结果显示，引入铁介导后，晶格氧的氧化还原可逆性从75%跃升至99%。周豪慎教授表示，该成果为高比能钠离子电池的正极材料设计提供了新思路，但要实现从实验室到产业化的转变，还需在材料规模化制备、电池一致性、全电池寿命评估及成本控制等方面进行持续攻关。

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