中国科学家的创新策略,让钠离子电池拥有了“超能量”!
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2026-08-23 13:01:01
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(来源:科普中国)

转自:科普中国

钠离子电池被视为大规模储能领域的“潜力股”,但由于能量密度偏低,其产业应用一直受限。近日,南京大学郭少华教授、周豪慎教授团队提出一种铁介导新策略,据此制成的钠离子电池能量密度达到206瓦时/千克。该成果于20日刊发于国际学术期刊《自然·能源》。

要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,这要让晶格氧参与电荷补偿,提供额外容量。然而,晶格氧一旦被激活,其氧化还原的可逆性往往很差。

“这就好比弹簧压下去之后无法完全回弹。”论文共同通讯作者、南京大学教授郭少华告诉记者,晶格氧被激活后,容易导致晶格退化、电压衰减,电池性能快速下滑。如何在充分利用晶格氧容量的同时保证其可逆性,是长期未解的难题。

此次研究中,团队在经典的镁掺杂锰酸钠正极材料中引入三价铁离子,构筑了高容量氧活性正极材料。

“铁离子在这里扮演了‘调解员’的角色。”论文第一作者、时任南京大学副研究员褚世勇解释,铁的优势在于拥有丰富的价态,且可以灵活切换。充电时,部分三价铁离子先被电化学氧化为四价铁离子,后者充当电子受体,从晶格氧中“接收”电子,自身被还原回三价铁离子,同时晶格氧被氧化;放电时,部分三价铁离子被电化学还原为二价铁离子,后者充当电子供体,把电子“回馈”给被氧化的晶格氧,自身被氧化回三价铁离子,晶格氧也恢复原状。

电子的“一来一回”,让晶格氧的氧化和还原多了一条高效的“化学通道”。实验证明,引入铁介导后,晶格氧氧化还原的可逆性从75%跃升至99%。

论文共同通讯作者、南京大学教授周豪慎表示,该成果为高比能钠离子电池的正极材料设计提供了一条新思路,但想从实验室走向产业化,还需要在材料规模化制备、电池一致性、全电池寿命评估以及成本控制等方面持续攻关。

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