鈉離子電池因其近乎取之不盡用之不竭的鈉資源，被認為是大型儲能裝置的最優(yōu)解決方法之一。其中，正極材料是組裝全電池的重要一環(huán)，其性能優(yōu)劣關于最終全電池的性能具有決定性的影響。同時，能量密度作為電極重要的評價標準之一，關于全電池的設計等均有重要影響。其次，基于材料成本的考量，鐵錳基材料由于其地殼儲量巨大，廉價易得，因此具有極其重要的研究價值和工業(yè)應用前景。聚陰離子型材料與其他類型材料相比，具有循環(huán)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性佳等優(yōu)點，但因其較低的電子電導率，故對其進一步的碳修飾及碳骨架設計是提升其電化學性能的重要一環(huán)。因此，高能量密度鐵基聚陰離子型正極材料近年來受到研究者的廣泛關注。Na2Fe2(SO4)3作為一種優(yōu)異的低成本鐵基正極材料，具有在聚陰離子型材料中罕見的高達3.8V的可逆平臺以及121mAh/g的理論比容量，為高能量密度打下了堅實基礎。最近，澳大利亞臥龍崗大學超導及電子材料研究所的侴術雷教授課題組與溫州大學化學與材料工程學院王舜教授課題組合作，通過一種新穎的一步凍干煅燒合成方法，將該材料與氧化石墨烯緊密復合，在鈉離子電池中表現了優(yōu)異的電化學性能。同時，該材料具有鐵磷比可控的優(yōu)勢，為該類材料其他非計量比結構提出了一種簡易可行的方法。最后，作者也通過原位同步輻射XRD分析以及理論計算發(fā)現，該材料首圈循環(huán)的晶格會發(fā)生輕微程度的畸變，且先前認為不能脫出的鈉原子也存在深度脫嵌的可能。

材料的合成方法及精修結果如圖1所示。通過快速冷凍，前驅體的元素分布均勻，且預先分散好的氧化石墨烯可以供應同步的碳骨架網絡。結果表明，煅燒后所得材料具有C2/c空間群，且無FeO,Fe2O3或Fe3O4等雜相檢測出。高達3.8V的可逆充放電電壓重要由共邊的[Fe2O10]二聚體結構供應，且電負性高的硫元素將鐵元素限制在高自旋狀態(tài)，同時c軸方向的鈉離子通道方便鈉原子快速的擴散。

隨著放電電流密度的增大，有氧化石墨烯包裹的材料的電壓平臺極化顯著減小。同時，在0.2C及5C電流下，容量保持率仍有90%及80%。值得注意的是，可逆工作電壓平臺隨著循環(huán)次數的新增未有明顯衰減，這關于能量密度的保持極為關鍵。與其他已報道的聚陰離子型高能量密度的材料相比，該材料達到了400Wh/Kg，且所有元素均為廉價易得元素，故極具前景。GITT測試發(fā)現Na+的擴散系數在10-11數量級，且贗電容關于材料的倍率性能有一定貢獻。

圖3Na2Fe2(SO4)[email protected]@GO及比較樣品Na2Fe2(SO4)[email protected]的倍率性能圖(b)dQ/dV圖(c)能量密度比較圖(d)充放電容量曲線比較圖(e)循環(huán)性能圖。(f)不同循環(huán)次數下的充放電容量曲線以及中值電壓保持率。(g)GITT測試結果圖(h)不同掃速下的CV圖(i)材料在0.3mV/s掃速下贗電容的貢獻。