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全固態(tài)氟離子電池（FIBs）被認為是很有前景的儲能設(shè)備；然而，目前提出的正極在高能量密度和高倍率能力方面未能滿足實際應(yīng)用的要求。

在此，京都大學Kentaro Yamamoto等人首次使用穩(wěn)定且低成本的氧化亞銅 (Cu₂O) 作為具有可逆和快速（脫）氟化行為的全固態(tài)FIB的正極材料。除了理論上具有100% 原始金屬轉(zhuǎn)化率之外，Cu₂O還具有極高的氧化還原物質(zhì) (Cu⁺)含量，因此與拓撲規(guī)整氧化物和氟氧化物相比具有更高的理論容量。

同時，Cu₂O正極還具有高度可及的非密堆積Cu-O構(gòu)型。與基于Cu/CuF₂的正極相比，它表現(xiàn)出大大提高的倍率能力。作者使用電化學方法和XAS的組合，證實了涉及用于電荷補償?shù)腃u⁺/Cu²⁺氧化還原的相變反應(yīng)機制。

圖1. 塊狀電池和Cu₂O正極材料的表征

因此，Cu₂O作為全固態(tài)FIB的正極材料的首次放電容量約為220 mAh g^-1，在前5個循環(huán)中觀察到快速的容量衰減，這歸因于部分結(jié)構(gòu)的非晶化。此外，與簡單的金屬/金屬氟化物體系相比，該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，在1 C下的首次放電容量為110 mAh g^-1。

此外，KJMA方程表明相界運動是決速步驟，基于Cu₂O晶格的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合EXAFS分析討論了可能的反應(yīng)模式和F占有率。這項研究初步展示了全固態(tài)FIBs正極材料快速氟化的潛力，這使全固態(tài)FIBs更接近實際應(yīng)用。

圖2. Cu₂O正極材料在140 °C下的電化學性能

Reversible and Fast (De)fluorination of High-Capacity Cu₂O Cathode: One Step Toward Practically Applicable All-Solid-State Fluoride-Ion Battery, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102285

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AEM：全固態(tài)氟離子電池高容量Cu2O正極的可逆和快速（脫）氟化

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