本网讯（机械电子工程学院 金莉芬）近期，景德镇陶瓷大学机械电子工程学院胡克艳副教授联合上海交通大学黄富强教授，在Top期刊Rare Metals（中科院1区，IF=9.6，CiteScore：12.1）上发表研究型论文“An interfacial compatible Ti₄P₈S₂₉polysulfide cathode with open channels for high-rate solid-state polymer sodium batteries”。

由于钠资源的储量和价格优势，钠离子电池有望成为下一代电网和动力电池的规模储能设备。固态钠离子电池被认为是实现更高能量密度和安全性的重要解决方案。在各种固态电解质中，聚合物固态电解质因其柔韧性、可加工性和良好的界面接触而备受关注。聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）的固态电解质具有较高的离子电导率、介电常数以及与碱金属的界面稳定性，因此受到了广泛关注。传统的层状氧化物正极材料与PVDF-HFP基固态聚合物电解质之间因层状氧化物正极材料不可逆应变引发的界面应力，以及固态聚合物电解质电压窗口狭窄导致的严重副反应，而难以调和；相比之下，软性硫基材料具有更好的界面接触和化学兼容特性。本论文基于高强Ti-S键锚定作用和高活性P-S储钠单元相融合的设计思路，可控合成了一种界面兼容、三维通道结构的多硫化物Ti₄P₈S₂₉固态聚合物钠电池正极材料。组装的PVDF-HFP基固态聚合物钠电池在0.5C下循环200次后，放电比容量为136 mAh·g⁻¹。此外，在2C的高倍率下循环600次后，放电比容量仍能保持在88 mAh·g⁻¹。原位XRD、Raman、非原位XPS、TEM及循环CV测试验证了Ti⁴⁺/Ti³⁺和S⁻/S²⁻的双位点氧化还原储钠机制。这项工作提出了一种调控开放通道以提高多硫化物正极材料储钠动力学机制的策略，为设计高性能固态聚合物钠电池开辟了一条新途径。

图1 (a)Ti₄P₈S₂₉正极的结构设计思路；(b)Ti₄P₈S₂₉与其他正极材料在固态聚合物电池中的容量和循环次数比较。

图2材料表征：(a)Ti₄P₈S₂₉的晶体结构；(b)Ti₄P₈S₂₉的XRD图；(c)Ti₄P₈S₂₉的Raman光谱；(d-f)Ti、P和S的XPS光谱；(g)Ti₄P₈S₂₉的TEM图；(h)Ti₄P₈S₂₉的高分辨率TEM图；(i)Ti₄P₈S₂₉的选区电子衍射图。

图3固态聚合物电解质中Ti₄P₈S₂₉正极的电化学性能：(a) Ti₄P₈S₂₉的CV曲线；(b) Ti₄P₈S₂₉在最初三个循环的充放电曲线；(c) Ti₄P₈S₂₉的倍率性能；(d) 0.5C和(e) 2C时Ti₄P₈S₂₉的循环性能(1C=100 mAh·g⁻¹)

图4 Na⁺储存机制的表征：(a)原位Raman光谱；(b)原位XRD图；(c, d) S和Ti的高分辨率XPS光谱；(e) TEM图像；(f, g)高分辨率TEM图像；(h) SAED图；(i) Ti₄P₈S₂₉的Na⁺储存机制示意图。

胡克艳副教授长期主要从事新型储能材料与器件的研究与应用探索，先后在Rare Metals，Journal of Energy Chemistry, Nano Letters,Small, AdvanceEnergy Material, AdvanceFunctionalMaterial, InorganicChemistry、InorganicChemistryFrontiers,Chinese Chemical letters等国际期刊发表SCI论文20余篇。

(责任编辑：陶梦飞 审稿：刘小清 陶梦飞)