随着移动电子设备和电动汽车的发展，开发低成本、高电压、高容量和长寿命的可充电池迫在眉睫。目前，可充锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池已成为当今研究热点，这三者的主要工作原理相同，依靠锂离子（钠离子或钾离子）在正极和负极之间传输来实现存储能量；其中，高性能正极材料研究和开发是可充电池发展的关键。近年来，FeF3作为新一代锂/钠/钾电池正极材料，因其高电压、高容量和低成本的优点，逐渐引起了人们广泛关注。但FeF3具有较差的电子导电性，存在着放电电压衰减过快和充电过慢的问题，这已成为FeF3应用瓶颈。因此，从原子尺度上阐明电压衰减过快和充电过慢的内在原因并提出解决方案至关重要。最近，菠菜广告投放平台杨振华课题组采用高性能计算技术，通过调控FeF3材料结构与存储锂/钠/钾电化学性能之间的关系，获得了突破FeF3应用瓶颈的有效方法，设计出了具有优异电化学性能的FeF3基锂/钠/钾电池正极材料并取得了重要的研究成果。
近日，杨振华课题组在能源材料学科前5%的国际TOP期刊 《Journal of Materials Chemistry A》 （影响因子为9.931）发表关于采用OH空位缺陷调控OH掺杂FeF3化合物（FeF2.2(OH)0.8）储存锂/钠方面的研究成果： “Atomically tailoring vacancy defects in FeF2.2(OH)0.8 toward ultra-high rate and long-life Li/Na-ion batteries”。湘潭大学为该论文第一单位，2017级材料科学与工程专业硕士生王群为第一作者，杨振华为唯一通讯作者。在这篇论文中，杨振华课题组采用第一性原理计算方法从微观尺度上揭示了引入OH空位缺陷改善FeF2.2(OH)0.8存储锂/钠性能的内在机理，成功地从原子尺度上解释了引入OH空位缺陷提高FeF2.2(OH)0.8储锂性能的实验现象；同时预测了引入OH空位缺陷也能显著提高FeF2.2(OH)0.8储钠性能，为设计电化学性能优异的锂/钠电池正极材料提供重要的思路。
此外，杨振华课题组与南方科技大学石兴强助理教授课题组合作，从原子尺度上论证了将FeF3制备成纳米片是一种解决存储锂/钠/钾过程中面临电压衰减过快问题的有效途径，连续在国际TOP期刊 ACS Applied Materials & Interfaces（影响因子为8.097）上发表FeF3纳米片储锂和钠/钾机理的研究成果：(1) “Atomistic Insights into FeF3 Nanosheet: An Ultrahigh-Rate and Long-Life Cathode Material for Li-Ion Batteries” （湘潭大学为该论文第一单位，杨振华为第一作者和通讯作者）；(2) “Atomic-Scale Dynamics and Storage Performance of Na/K on FeF3 Nanosheet”（湘潭大学为该论文第一单位，2016级材料科学与工程专业硕士生赵澍为第一作者，杨振华为通讯作者）。
本项目得到了国家自然科学基金面上项目和湖南省自然科学基金面上项目的资助。
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta02649e#!divAbstract
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b17127
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b03077
刘航慧 报道
