厦大魏湫龙AM：23 kW/kg超高功率钠离子电池！

钠离子电池（SIBs）在大规模储能系统中显示出实际应用。但是，它们的功率密度受到Na⁺缓慢扩散到正负极材料的限制。

厦门大学魏湫龙等展示了由高倍率Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP)正极、石墨型中碳微球(MCMB)负极和Na⁺-二甘醇二甲醚电解液(1M NaPF₆-diglyme)组成的超高功率SIBs原型。

图1 NVP@C@CNTs正极的性能

研究发现，NVP正极的过电位服从欧姆定律。对于NVP@C@CNTs正极，具有碳涂层的NVP颗粒与导电CNTs网络连接良好，显示出更高的电子电导率，更低的过电位和Rct，从而提高了倍率能力。

通过动力学分析，NVP@C@CNTs正极的电荷存储基于两相转变反应，并且是扩散控制过程，即使在100 mV s^-1的高扫速下也是如此。得益于高扩散性和电子导电性，NVP@C@CNTs正极实现了超过1000C的卓越倍率性能。

对于MCMB负极，最初的 [Na-二甘醇二甲醚]⁺ 共嵌入过程是高度可逆和快速的。最初的赝电容共嵌入步骤扩展了石墨层，以进行随后的快速离子扩散。MCMB负极显示出优异的倍率性能，与NVP@C@CNTs正极的反应动力学非常匹配。

图2 MCMB负极的性能

因此，组装的MCMB|1M NaPF₆-diglyme |NVP@C@CNTs SIB全电池在10 kW kg^-1的高功率密度下获得了88 Wh kg^-1的能量密度。即使在23 kW kg^-1的超高功率密度下，仍能获得58 Wh kg^-1的能量密度。

该工作阐明了高倍率NASCION型材料的关键因素和控制过程，为实现高倍率钠离子存储提供了方向。作者相信，令人鼓舞的结果显示了大功率SIBs在未来大规模应用的前景。

图3 全电池性能

An Ultrahigh-Power Mesocarbon Microbeads|Na+-diglyme|Na3V2(PO4)3 Sodium-Ion Battery. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108304

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