日前，中科大陳春華團隊結合了NaFePO4和Na2FeP2O7在容量、穩定性和成本方面的優點，採用可規模化的噴霧乾燥方法合成了碳包覆空心球結構的Na4Fe3（PO4）2（P2O7）/C顆粒用作鈉離子電池正極資料，其在0.2C時的放電容量達到107.7mAh g−1，10C時的容量為88mA hg−1，迴圈1500周後容量保持率仍有92%。相關論文以題為“Hollow-Sphere-Structured Na4Fe3（PO4）2（P2O7）/C as a Cathode Material for Sodium-Ion Batteries”發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
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https://doi.org/10.1021/acsami.1c04035
由於化石燃料的不斷利用造成了環境污染，囙此有必要尋求諸如可充電電池等環境友好型儲能系統。雖然鋰離子電池（LIBs）是現時主要的電化儲能系統，但鋰的原料豐富度（0.0065%）遠低於鈉的豐富度（2.3%），囙此，鈉離子電池（SIBs）也是很有吸引力的替代品。研究人員研究了許多鈉離子電池正極資料，如過渡金屬氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、焦磷酸鹽，其中聚陰離子正極資料結構穩定，充放電時體積變化小。橄欖石NaFePO4作為鋰離子電池正極資料LiFePO4的類似物，具有較高的放電比容量和良好的迴圈效能，但傳統方法不能直接製備。
非晶態NaFePO4正極資料具有良好的放電比容量，然而，它具有倍率效能差、工作電壓低等缺點。與橄欖石NaFePO4相比，通過機械球磨方法可以直接製備出多晶型的NaFePO4，但其晶體結構缺乏Na+擴散途徑，不具有電化學活性，另一方面，Na2FeP2O7資料具有較高的電壓平臺，但其電化學反應涉及單電子遷移過程，導致其理論容量相對較低，從而縮小了該資料的應用範圍。
囙此，作者採用一種簡便的噴霧乾燥方法合成了具有空心球微結構的碳包覆Na4Fe3（PO4）2（P2O7）（NFPP/C）粉末。本項工作中作者使用廉價的葡萄糖作為碳源，降低了合成NFPP/C的成本。所獲得的樣品具有良好的迴圈穩定性，在10C下1500周迴圈後仍有92%的初始容量，優化後的樣品在高溫下仍具有優异的電化學效能。此外，通過將這種NFPP/C正極與硬質碳負極結合組裝成鈉離子全電池，其能量密度高達108 Wh kg−1。另外，作者發現NFPP/HC在充放電過程中體積變化較小。
圖1NFPP/HC樣品的（a）SEM圖，（b）TEM圖，（c）HRTEM圖和（d）EDS能譜圖
圖2（a）Na4Fe3（PO4）2（P2O7）的晶胞圖，（b）NFPP/HC的XRD圖譜，（c）NFPP/ HC的紅外光譜圖，（d）NFPP/0C、NFPP/LC和NFPP/HC的拉曼光譜圖
圖3（a）NFPP/HC的迴圈伏安曲線，NFPP/0C、NFPP/LC、NFPP/HC和NFPP/HRC的（b）充放電曲線和（c）速率效能曲線，NFPP/HC在（d）不同倍率下的首周充放電曲線和（e）迴圈效能
圖4（a）NFPP/HC電極在10C下迴圈1500周後的SEM影像，（b）Na//NFPP/HC電池迴圈前的EIS圖譜，（c）Na//NFPP/HC電池在不同掃描速度下的CV曲線，（d）Ip與v1/2的關係
圖5NFPP/HC儲鈉機理的研究
圖6NFPP/HC與硬碳全電池的的電化學效能：（a）1-3周的充放電曲線，（b）迴圈效能曲線
綜上所述，作者採用可規模化的噴霧乾燥方法製備了碳包覆Na4Fe3（PO4）2（P2O7）粉末，顆粒的形態是空心球結構。空心球結構作為鈉離子電池的潜在正極資料，可以縮短Na+在充放電過程中的擴散路徑，提高電化學效能。在適當的碳含量下，這種Na4Fe3（PO4）2（P2O7）電極表現出良好的電化學效能，在電流密度為10C時其容量可達88.8mAh g−1，迴圈1500周後可逆容量仍有81.6mAh g−1。此外，由Na4Fe3（PO4）2（P2O7）正極和硬碳負極組裝成的鈉離子全電池，其能量密度高達108Wh kg−1，囙此，空心球結構的Na4Fe3（PO4）2（P2O7）因其成本低、電化學效能好而被認為是製備鈉離子電池的潜在資料。
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