电网规模的储能系统需要低成本、高能量密度、长循环寿命的电池。该要求促进了正极材料的发现，这种正极材料能够将电荷载流子离子存储在具有多维扩散路径且体积变化小的开放框架晶体结构中。
蔚山国立科学技术研究院Sung-Kyun Jung、成均馆大学Jongsoon Kim等报道了一种用于钠离子电池(SIBs)有前景的氟基正极材料，即Na2TiFeF7。
图1 Na2TiFeF7的结构、形态表征和氧化还原反应
Na2TiFeF7结构中Ti3+和Fe2+离子的存在使得Ti3+/Ti4+和Fe2+/Fe3+氧化还原反应能够用于可逆的≈1.95 mol Na+离子嵌入/脱出，对应于C/20下≈185 mAh g−1的比容量。由于具有≈3.75 V的高理论Fe2+/Fe3+氧化还原电势，Na2TiFeF7还表现出≈3.37 V(vs Na+/Na)的高平均工作电压，这远高于其他具有实际容量大于160 mAh g-1的 钠层状氧化物正极材料。
这项工作通过第一性原理计算，证明了Na2TiFeF7的带隙能量（≈1.83 eV）低于其他Fe基氟化物材料，这意味着Na2TiFeF7与其他Fe基氟化物材料相比，表现出更高的电子电导率。此外，作者证实由于具有足够低的理论活化势垒能量（≈477.68 meV），Na+在Na2TiFeF7结构中的扩散很容易，这可以提高功率性能。
因此，即使在5C时，Na2TiFeF7也保留了大约73%的比容量，表明其具有出色的功率能力。
此外，由于三维互连(Fe, Ti)F6八面体的高结构稳定性可导致充放电过程中的小体积变化（≈0.96%），这与具有二维框架的一般层状氧化物正极大的结构变化明显不同，因此Na2TiFeF7实现了优异的容量保持率，在1C下循环600次后，与初始容量相比，Na2TiFeF7的容量保持率约为71%，库仑效率超过99%。总之，这些发现为开发用于高性能SIBs的氟化物基新型正极材料提供了见解。
图3 Na2TiFeF7在充放电过程中的氧化还原反应和局部结构演变
Highly Stable Fe2+/Ti3+-Based Fluoride Cathode Enabling Low-Cost and High-Performance Na-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI:10.1002/adfm.202201816
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