清华团队微流控技术量产千克级高熵钠离子电池正极材料

在新型储能技术的竞速赛中，钠离子电池（SIB）正以其资源丰富、成本低廉的天然优势异军突起。然而，制约其大规模商用的关键痛点之一，始终是高性能正极材料的规模化制备难题。近日，清华大学化学工程系徐建鸿教授与河北工业大学化工学院吴兴江教授携手攻关，提出一套基于微流控技术的高通量优化策略，成功破解高熵氟磷酸钒钠（HE-NVPF）正极材料量产的"卡脖子"难题，为电网级储能应用打开了新的突破口。

高熵氟磷酸钒钠材料因其卓越的电化学活性，被视为钠离子电池大规模储能领域的战略性材料。然而，传统批次反应器在优化反应条件时迭代效率低下，导致材料相纯度差、倍率性能不足，长期以来严重阻碍了该类材料的工程化进程。

微流控"芯片实验室"将筛选效率提升400倍

为突破上述瓶颈，研究团队自主研制了一套配备实时监测系统的专用"芯片实验室"装置，核心组件为显微拉曼光谱仪，可在微观尺度上实时追踪正极颗粒的成核与生长全过程。这一创新手段使研究人员能够精准锁定高性能材料的合成条件，筛选效率较传统实验室方法提升约400倍，大幅压缩了材料开发周期。

材料化学工程的核心使命，正是运用化学工程理论与方法论指导材料制备与加工，进而发展出基于先进材料的新型单元技术与理论体系。此次研究将微流控技术引入高熵材料合成领域，正是这一学科交叉融合理念的生动实践。

在高通量理论研究的指引下，团队进一步开发出微流控喷雾干燥技术，实现了高相纯度高熵氟磷酸钒钠正极材料的快速千克级合成。研究还证明，这套技术框架具有良好的普适性——可广泛适用于多种复杂材料配方体系，为更高效、可扩展的储能解决方案铺平了道路。

50C超快充放电，500次循环后容量保持率达86%

高相纯度从根本上保证了高熵材料具备稳定的多电子转移能力、优异的钠离子扩散动力学以及强健的结构完整性。这使得材料在充放电过程中能够实现可逆相变，体积膨胀或收缩几乎可忽略不计。

在电化学性能方面，团队制备的代表性材料表现亮眼：在50C的超高倍率下仍可维持108.6 mAh/g的高比容量与371.9 Wh/kg的高能量密度；经过1C大电流倍率500次循环后，容量保持率依然高达86%。上述性能显著优于传统批次法制备的过渡金属氧化物、多阴离子化合物及普鲁士蓝类似物等主流正极材料，充分彰显了高熵策略与微流控制备路线的协同优势。

通用技术框架为高熵储能材料规模化奠基

"这项研究为高熵氟磷酸盐及其他高熵储能材料的设计、快速筛选与规模化合成，提供了变革性的理论框架与强大的技术工具箱。"徐建鸿教授表示。

本项研究由清华大学徐建鸿教授与河北工业大学吴兴江教授共同担任通讯作者，清华大学化学工程系博士生田志诚、周远正为共同第一作者。值得关注的是，这套"高通量筛选＋微流控量产"的组合路径，不仅是对单一材料体系的技术突破，更构建起一套可复用的研发范式。国内从事先进电池材料研发的企业和科研机构，或可借鉴这一思路，将微流控技术与高通量计算相结合，加速新型正极材料从实验室走向产线的进程，在全球钠离子电池产业竞争中抢占先机。