摘要
二十一世纪，我们不但面临着化石能源枯竭的问题，同时还面临着其带来的环境污染问题。新能源体系的发展因缺乏廉价有效的大规模储能设备而遭遇瓶颈，新能源汽车也增大了对储能设备的需求。锂离子电池因原材料昂贵且资源有限而步入尴尬境地，科研人员亟需找到更合适的替代者。钠在全球的储量大约是锂的100倍，且其电化学性质与锂十分相似，是一种极其有潜力的储能资源。然而钠离子电池的能量密度、倍率性能和长周期表现都不及锂离子电池，需要研究人员进一步开发研究。 氟代磷酸钒氧钠（Na3(VO)2(PO4)2F）是一种高电压平台的钠超离子导体型（NASICON）正极材料，其所含的元素都是高丰度且廉价的。但是NVOPF材料本身往往因为晶体颗粒大和导电性差表现出很低的放电比容量和较差的倍率性能。本文通过优化反应条件和引入高电子导电率的RGO构建了纳米级的NVOPF@RGO复合材料。该复合材料作为钠离子正极材料时，有着优异的倍率性能（在60C下有着93.6mAhg-1的可逆比容量）和不凡的长周期性能表现（在50C下循环10000圈后仍有87%的容量保留）。我们进一步通过非原位的固体核磁共振、X射线光电子能谱和多晶X射线衍射等手段揭示了其电化学性能提升的机理。 硫化亚铁同样是一种元素高丰度、廉价的电极材料，作为钠离子负极材料时具有高达~600mAhg-1的可逆容量。但是硫化亚铁负极材料在充放电过程中有着巨大的体积变化，并且会与电解液发生反应，导致很短的寿命和较低的库伦效率。本文构建了不同粒径的Fe2O3前体，通过模板法得到了电化学性能优异的Fe1-xS@C纳米复合材料。该材料作为钠离子负极材料时，在4Ag-1的高电流密度下，具有高达452.4mAhg-1的稳定比容量。 最后，我们用以上正负极材料构建了NVOPF@RGO||Fe1-xS钠离子全电池。其最大能量密度为312.4WhKg-1，最大功率密度为5995WKg-1，并且能在20C循环900圈后基本没有容量损失。本研究不但发展了高性能的钠离子电池，而且推动了对电极材料的基础认识。
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