钠-水钠锰矿（Na-birnessite）是一种低成本且具有潜力的水系钠离子电池正极材料，然而钠存储性能受限于狭窄的电化学窗口和低氧化还原活性。
在此，南京理工大学夏晖、李爽、徐璟，清华大学谷林等人报道了一种具有高度有序层状结构的富钠水钠锰矿（NaMnO₂·0.1H₂O）为高性能正极材料，通过调控钠含量和抑制锰缺陷，显著降低了锰迁移及伴随的多米诺降解效应，将充电截止电位提升至1.4 V（vs. Ag/AgCl），并在0.2 A g⁻¹的电流密度下实现了199.9 mAh g⁻¹的比容量（根据正极活性物质质量），并大幅提高了结构稳定性。
采用该材料，研究人员构建了3.0 V的NaxH₂−xTi₂O₅||NaMnO₂·0.1H₂O全电池原型，根据正负极活性物质总质量计算的比能量达到117.1 Wh kg⁻¹，并表现出长循环寿命。
图1. 电池性能
总之，该工作通过水热法制备了具有不同钠含量和结晶水含量的高度有序单斜相Na-水钠锰矿，并系统考察了作为水系钠离子电池正极材料的电化学性能。研究发现，通过减少锰缺陷并提高钠含量可有效抑制水钠锰矿的析氧反应（OER），并在1 M Na₂SO₄中性电解液体系将充电截止电位提升至1.4 V（vs. Ag/AgCl）。
这种高钠含量设计不仅扩展了电化学稳定窗口（ESW），还赋予材料更高的钠存储容量和循环结构稳定性。该工作合理设计的NaMnO₂·0.1H₂O材料展现出199.9 mAh g⁻¹的高可逆比容量，并在20000次循环后仍保持82.9%的容量保持率。采用该先进正极构建的3.0 V NaxH₂-xTi₂O₅||NaMnO₂·0.1H₂O水系全电池原型实现了117.1 Wh kg⁻¹的高比能量。
此外，作者进一步揭示了水钠锰矿在水系电解液中的本征结构退化机制，充电过程中锰离子从八面体位点向四面体位点的迁移会引发氧流失及层间锰占位。因此，该工作提出的钠含量与锰缺陷协同调控策略，为设计高性能层状嵌插型正极材料提供了新思路。
图2. 机制探究
Regulating Na content and Mn defects in birnessite for high-voltage aqueous sodium-ion batteries, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-59223-1
夏晖 于2000年和2003年分别获得北京科技大学无机非金属材料专业的本科和硕士学位。于2007年在新加坡国立大学，新加坡麻省理工学术联盟(Singapore-MIT Alliance)，微系统用先进材料专业获得博士学位。博士师从新加坡国立大学机械工程系吕力(Li Lu)教授和美国麻省理工大学材料科学与工程系Gerbrand Ceder教授。博士毕业后在新加坡国立大学机械工程系从事博士后研究工作至2011年。于2011年初被引进到南京理工大学材料科学与工程学院。攻读博士学位以来，一直从事有关能源存储材料及器件的研究，研究对象主要包括二次锂离子电池及超级电容器。到目前为止在Advanced Materials, NPG Asia Materials, Advanced Functional Materials, Nano Energy，ACS Nano等国际SCI收录期刊上发表论文100余篇，文章被引用3000余次，H-index 29。
李爽，南京理工大学， 材料学院， 副教授，研究领域：针对核心电子器件研发与应用领域的需求，结合纳米热力学理论和第一性原理计算围绕低维功能异质结构展开研究，对传统界面接触问题在原子尺度下的新现象与新原理进行系统探究，为制备新型二维超薄电子器件提供设计思想和理论指导。
徐璟(Jing Xu) 副教授，1988年3月出生。2010年入学华中科技大学光电信息学院，于2015年3月获得华中科技大学物理电子学博士学位。2015年4月至2016年6月在新加坡南洋理工大学物理科学与数学学院任博士后研究员。2016年6月加入南京理工大学格莱特研究所纳米能源材料团队。其研究方向主要专注于能源存储器件和基于能量转换-能量存储-探测感应的多功能集成器件。目前，在材料、物理与化学领域的国际知名期刊上发表文章30余篇，其中以共同通讯、第一作者和共同第一作者共发表文章12篇，多篇发表在Chemical Society Review，ACS Nano, Nano Energy，Advanced Functional Materials等影响因子大于10的国际知名期刊上，论文总引用次数达1000余次。