北京理工大学吴锋院士团队高洪才教授近期国际权威期刊Advanced Functional Materials上发表了一项重要研究成果，通过钨(W)取代策略，显著提升了钠离子电池正极材料Na4Fe3(PO4)2P2O7(NFPP)的电化学性能。该研究首次揭示了局部电荷交换在解耦电子与离子传输中的关键作用，为高性能钠离子电池的设计提供了新思路，第一作者为北京理工大学材料学院博士研究生信宇航。
【研究背景】
随着光伏、风能和潮汐能等间歇性可再生能源的日益整合，配套储能系统的部署也日益增多。电化学储能系统因其快速响应、地理灵活性、可扩展性和环境效益而备受推崇，非常适合满足电网调峰和频率调节等需求。钠离子电池 (SIB) 因其原材料广泛易得的经济性和供应链优势，正成为储能和低速电动汽车的领先解决方案。NFPP 作为极具产业化潜力的SIB正极材料，具有高理论比容量(129 mAh/g)，适中的工作电压(2.8V-3.2V)和环境友好等特点而备受关注。然后，由于NFPP的电子电导率低、钠离子扩散慢，严重限制了其实际容量和倍率性能。
要点1：
其中，电子输运过程造成的局域极化和离子扩散过程造成的结构扭曲，形成的电子/离子传输耦合效应，是导致容量发挥和倍率性能的主要原因。研究团队通过密度泛函(DFT)计算发现，钨六价离子，具有大尺寸的5d空轨道，可作为电子跳跃的“中转站”，在充放电过程中实现局部电荷的自调节交换，从而有效结构电子与离子的输运过程。
要点2：
电化学性能测试表明，W取代后样品，在0.1C下可实现120.7 mAh/g的可逆比容量，接近理论值，并且在50C超高倍率下仍能输出72 mAh/g的容量，并且能够循环10155次后容量仍保持80 %。
要点3：
NFPP的电荷传输机制包含两种不同的路径：一种是沿骨架结构的电子传输路径，另一种是通过骨架间隙的离子扩散路径，如图5a所示。为研究钠离子扩散路径，我们采用了两种互补的方法：基于密度泛函理论的过渡态计算(NBE)，以及一种结合脉冲电流与静置阶段的实验技术。该实验技术类似于恒电流间歇滴定技术(GITT)，用于测定Na+的扩散系数。过渡态计算表明，NWFPP-0在相同路径上的扩散能垒为
声明：
“解锁电子/离子传输耦合，实现钠离子电池混合磷酸盐正极的卓越电化学性能” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：北京理工大学
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2025年10月15日 ~ 17日 
