近日，西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心王鹏飞教授、史乐教授科研团队在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了题为“电势依赖的界面特异性吸附加速钠离子电池中电荷转移”（“Potential-dependent interfacial specific adsorption accelerates charge transfer in sodium-ion batteries”）的研究论文。
钠离子电池（SIBs）因其丰富的钠资源和低廉的成本，在应对大规模储能需求方面展现出巨大潜力。其中，P2型层状氧化物正极材料凭借其开放的钠离子扩散通道，被认为是实现快充钠离子电池的最具前景的候选材料之一。然而，由于在深脱钠状态（高电势）下，材料会面临有害的相转变（P2型向O2型）和不可逆的晶格氧氧化还原反应，这会导致严重的动力学极化和热力学迟滞。更为关键的是，充放电过程中的界面电荷转移阻力极大限制了大电流下的动力学响应。因此，探明并协同解决体相结构稳定性与界面电荷转移问题，对于开发具备快充能力的钠离子电池正极材料至关重要。
在此背景下，王鹏飞教授、史乐教授科研团队聚焦于高倍率P2型正极材料的体相演变与界面电化学特性。研究团队以典型的Ni/Mn基P2型正极材料（NMCFT，即Na0.7Ni0.27Mn0.53Cu0.04Fe0.08Ti0.08O2）为研究对象，深入揭示了内亥姆霍兹面（IHP）内阴离子与溶剂分子之间“电势依赖的竞争吸附机制”。
研究发现，NMCFT正极在深脱钠状态下能够形成中间态Z相共生结构，有效避免了高压下向O2相的完全转变；同时，通过触发过渡金属-氧（TM-O）杂化主导的可逆阴离子氧化还原反应，显著降低了动力学极化和热力学迟滞。在界面环境方面，优化的阴离子特异性吸附增加了电极与内亥姆霍兹面之间的电势差，从而极大地加速了电荷在电极/电解液界面上的转移。此外，富氟的正极/电解质中间相（CEI）有效抑制了过渡金属的溶解和表面晶格的坍塌，保证了长期的循环稳定性。
得益于体相离子扩散和界面电荷转移的协同优化，NMCFT正极材料展现出了优异的快充性能和长循环寿命。为进一步推动工业化应用，研究团队将该材料成功放大于公斤级规模制备，并组装了匹配硬碳负极的软包全电池。在未进行预补钠的情况下，Ah级软包电池展现出高达156 Wh kg-1的高比能量，并在300次循环后仍保持约80%的容量。本研究阐明了被长期忽视的界面吸附特性对电荷转移的影响，为未来从体相和界面双重视角设计具有可预测动力学特性的高倍率钠离子电池正极材料指明了方向。
该研究工作以西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室为第一完成单位。博士生徐邵文为论文第一作者，西安交通大学王鹏飞教授、史乐教授以及温州大学肖遥教授为论文共同通讯作者。该研究工作的顺利开展得到了西安交通大学分析测试中心马传生老师在电镜表征方面的大力支持，衷心感谢西安交通大学新型储能中心带头人成永红教授、上海理工大学窦世学院士的悉心指导。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、江苏聚烽新能源科技有限公司、西安交通大学青年拔尖人才计划、电工材料电气绝缘全国重点实验室、中国科协“青年人才托举工程”、陕西省“高层次人才引进计划”以及西安交通大学思源学者和小米青年学者等经费资助。上海同步辐射光源（SSRF）和国家同步辐射实验室（NSRL）为该研究的X射线吸收光谱测试提供了大力支持。
