开发电化学高能量存储系统对于绿色和可持续的能源供应至关重要。一个有前途的候选者是氟离子电池（FIB），它可以提供比锂离子电池更高的体积能量密度。然而，具有转化型反应的典型金属氟化物阴极导致低倍率性能。最近，据报道，与具有转化型反应的典型金属氟化物阴极相比，层状钙钛矿氧化物和氟氧化物，例如LaSrMnO₄和Sr₃Fe₂O₅F₂，表现出相对较高的倍率性能和循环稳定性，但它们的放电容量（~118 mAh/g）低于锂离子电池中使用的典型阴极。

在这里，京都大学Kentaro Yamamoto使用双层 Ruddlesden−Popper 型钙钛矿氟氧化物 La_1.2Sr_1.8Mn₂O_7−δF_x 证明了氟离子的电化学嵌入具有优异的可逆性、循环性和倍率性能。

文章要点

1）有趣的是，除了 0 < x < 2 的常规 Mn 氧化还原外，这种氟氧化物还可以通过形成 O−O（阴离子氧化还原）将过量的氟离子 (2 < x < 4) 纳入钙钛矿块中。尽管La_1.2Sr_1.8Mn₂O_7−δF_x通过形成O−O键而表现出高容量，但其容量仍然与富锂正极相当。因此，利用相同的反应机理开发比La_1.2Sr_1.8Mn₂O_7−δF_x具有更高容量的新型阴极。

2）需要强调的是，与LIB一样，目前的FIB在循环稳定性、倍率特性、氟离子扩散等电化学性能方面还有进一步改进的空间；可用的策略包括用其他过渡金属进行化学取代、氧空位控制、电极混合物成分的优化、调整颗粒形态以及控制电极和电解质之间的界面接触。这次在140℃下测量电池性能主要是因为所使用的固体电解质的氟离子电导率较低。因此，开发具有高离子电导率和电化学窗口的新型固体电解质是必要的。

3）鉴于传统钙钛矿材料已知的结构和成分多种多样，通过形成 O−O 键捕获过量氟离子的能力为钙钛矿工程增加了一个新维度，不仅适用于电池研究，也适用于其他学科。事实上，具有“密堆积”结构的钙钛矿 ABO₃ 中分子状 O₂ 的形成并不明显，总体上可能是一个有趣的研究课题。此外，这项研究充分提高了人们的认识，即电化学是获得新型氟氧化物的强大工具，更广泛地说，是获得可能对各种物理和化学功能产生影响的混合阴离子化合物。

参考文献

Hidenori Miki, et al, Double-Layered Perovskite Oxyfluoride Cathodes with High Capacity Involving O−O Bond Formation for Fluoride-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c10871

https://doi.org/10.1021/jacs.3c10871