研究背景

钠离子电池（SIBs）由于具有丰富和低成本的钠资源，有望在大规模储能应用中作为锂离子电池（LIBs）的有益补充。Na⁺的大离子半径致使SIBs的循环稳定性和倍率性能不理想。Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）因其坚固的晶体结构和开放的三维框架而被认为是钠离子电池正极的潜在候选者。然而，其理论容量为 117 mAh g⁻¹致使能量密度无法满足日益增长的需求。到目前为止，研究人员通过激活V⁵⁺/V⁴⁺和V³⁺/ V²⁺的氧化还原对，增强电子转移数成功提升了其可逆容量。多电子反应的主要挑战是其结构演化过程的可逆性较差，导致较差的循环稳定。因此，必须设计一种可行的方法来实现高度可逆的V⁵⁺/V⁴⁺氧化还原反应。

近日我院碳中和技术创新研究院李林团队在国际权威期刊ACS Nano上发表题为“Boosting Multielectron Reaction Stability of Sodium Vanadium Phosphate by High Entropy Substitution”的学术论文。本文提出了一种结合高熵取代和电解液优化的策略来促进NVP的可逆多电子反应。通过原位X射线吸收近边结构光谱和原位X射线衍射，揭示了V⁵⁺/V⁴⁺氧化还原对的高可逆性和可逆晶体结构演变。同时，通过使用醚类电解液可以进一步提升高熵取代NVP（HE-NVP）的电化学反应动力学。这使得HE-NVP表现出优越的电化学性能（2000次循环后容量率为93.1%）。即使在5.0 A g⁻¹时，可逆容量也为120 mAh g⁻¹）。此外，HE-NVP||天然石墨全电池液展现出长循环寿命和高功率密度。结果表明，高熵取代和电解液优化的协同是提高聚阴离子正极钠存储性能的有力策略。我院博士后郝志强为第一作者，我院侴术雷教授，李林特聘教授为共同通讯作者，相关工作受到国家自然科学基金，浙江省自然科学基金的资助。

原文链接：