近日，物理与光电工程学院（理工学院）物理学系本科生冉羽欣以第一作者在Applied Physics Letters（物理学TOP期刊）发表以“Tailored crystal structure via Zr-Chemistry in Na₃V₂（PO₄）₃cathodes for high-performance Na-ion storage”为题的研究成果。物理学系黎晋良副研究员等为论文通讯作者。

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  钠离子电池是极具潜力的储能技术，Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）因独特的NASICON型框架，其常常表现出优异的循环性能，因此被认为是理想的钠离子电池正极材料，但NVP电导率低等限制其应用，导致其在大电流密度下电化学性能差强人意。针对该问题，作者通过锆化学下的晶格调控策略实现NVP正极动力学的显著提升，大幅度优化其在高电流密度下的容量。根据研究结果，锆掺杂会引发NVP晶体沿c轴发生显著各向异性膨胀，拓宽钠离子扩散通道。原位X射线衍射表征证实，拓宽后的离子通道可促使材料电化学反应由三相转变机制转化为两相转变机制，大幅提升晶体结构可逆性与循环稳定性。得益于该结构调控设计，优化后的NVP正极材料展现出优异的储钠性能，即在0.2C电流密度下可逆比容量可达110.3 mAh g^-1，在20 C高电流密度下循环1000圈后，容量仍维持78.6 mAh g^-1，容量保持率高达87.1%。该锆化学下的晶格调控策略可为提升体相离子输运性能并实现在高电流密度下稳定循环提供了有效技术的方案。

不同离子半径的离子引入NVP后引发的行为及Zr掺入对NVP晶体的影响

  该研究不仅阐明了Zr掺杂诱导NASICON材料相变控制的机理，还为开发下一代高功率、长寿命钠离子电池正极材料提供了重要的理论基础。该工作得到了广西重点研发计划项目（桂科AB25069478）的资助，同时暨南大学分析测试中心也为该研究提供了技术支持。

图文：冉羽欣