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鈉離子電池（SIBs）在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中顯示出實(shí)際應(yīng)用。但是，它們的功率密度受到Na⁺緩慢擴(kuò)散到正負(fù)極材料的限制。

廈門大學(xué)魏湫龍等展示了由高倍率Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP)正極、石墨型中碳微球(MCMB)負(fù)極和Na⁺-二甘醇二甲醚電解液(1M NaPF₆-diglyme)組成的超高功率SIBs原型。

圖1 NVP@C@CNTs正極的性能

研究發(fā)現(xiàn)，NVP正極的過(guò)電位服從歐姆定律。對(duì)于NVP@C@CNTs正極，具有碳涂層的NVP顆粒與導(dǎo)電CNTs網(wǎng)絡(luò)連接良好，顯示出更高的電子電導(dǎo)率，更低的過(guò)電位和Rct，從而提高了倍率能力。

通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析，NVP@C@CNTs正極的電荷存儲(chǔ)基于兩相轉(zhuǎn)變反應(yīng)，并且是擴(kuò)散控制過(guò)程，即使在100 mV s^-1的高掃速下也是如此。得益于高擴(kuò)散性和電子導(dǎo)電性，NVP@C@CNTs正極實(shí)現(xiàn)了超過(guò)1000C的卓越倍率性能。

對(duì)于MCMB負(fù)極，最初的 [Na-二甘醇二甲醚]⁺ 共嵌入過(guò)程是高度可逆和快速的。最初的贗電容共嵌入步驟擴(kuò)展了石墨層，以進(jìn)行隨后的快速離子擴(kuò)散。MCMB負(fù)極顯示出優(yōu)異的倍率性能，與NVP@C@CNTs正極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)非常匹配。

圖2 MCMB負(fù)極的性能

因此，組裝的MCMB|1M NaPF₆-diglyme |NVP@C@CNTs SIB全電池在10 kW kg^-1的高功率密度下獲得了88 Wh kg^-1的能量密度。即使在23 kW kg^-1的超高功率密度下，仍能獲得58 Wh kg^-1的能量密度。

該工作闡明了高倍率NASCION型材料的關(guān)鍵因素和控制過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)高倍率鈉離子存儲(chǔ)提供了方向。作者相信，令人鼓舞的結(jié)果顯示了大功率SIBs在未來(lái)大規(guī)模應(yīng)用的前景。

圖3 全電池性能

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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