鈉離子電池具備安全性高，成本低的優(yōu)勢(shì)有望在智能電網(wǎng)的大規(guī)模儲(chǔ)能上得到應(yīng)用。SnS2作為鈉離子電池的負(fù)極材料具有較高的理論比容量，然而庫(kù)倫效率較低，嚴(yán)重阻礙了它的實(shí)際應(yīng)用。近日，PicoFemto?原位電學(xué)樣品桿（STM-TEM Holder）助力華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院劉美林教授與華南理工大學(xué)楊成浩教授（通訊作者）在Sn基負(fù)極材料的鈉離子電池的研究上再創(chuàng)突破，相關(guān)研究成果以《Fabrication of SnS2/Mn2SnS4/Carbon Heterostructures for Sodium-Ion Batteries with High Initial Coulombic Efficiency and Cycling Stability》為題發(fā)表在國(guó)際期刊《ACS NANO》上(DOI: 10.1021/acsnano.9b00375)。

   研究人員利用簡(jiǎn)單易行的濕化學(xué)方法制備了一種SnS2/Mn2SnS4/Carbon (SMS/C NBs) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并用于制作鈉離子電池的負(fù)極材料。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，SMS/C NBs 具有 841.2 mAh /g的初始容量，庫(kù)倫效率高達(dá)90.8%。同時(shí)，它還表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能（在0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 和10.0 A /g 的電流密度下，容量分別可達(dá)到752.3, 604.7, 570.1, 546.9, 519.7 和 488.7 mAh /g )。此外，它的循環(huán)穩(wěn)定性也較好（在5.0 A/ g電流密度下，循環(huán)500 圈，其容量仍有522.5 mAh /g）。

       利用PicoFemto?STM-TEM Holder, 研究人員分別將SMS/C 和Na@Na2O固定在Au和W針尖上用作電極搭建了微型電池，研究了sodiation/desodiation 過(guò)程中電極材料的微觀變化來(lái)探究材料優(yōu)異電化學(xué)性能的機(jī)理。他們發(fā)現(xiàn)在通電2min左右負(fù)極材料SMS/C的體積膨脹率相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，表明Mn的引入能夠明顯阻止納米尺度Sn的粗化。并且，在脫鈉過(guò)程后負(fù)極材料體積基本恢復(fù)到了原來(lái)的尺寸。PicoFemto?原位樣品桿為直觀、實(shí)時(shí)的研究這一可逆過(guò)程提供了強(qiáng)大支撐。此外，結(jié)合DFT理論計(jì)算和原位XRD表征手段，研究人員發(fā)現(xiàn)SnS2/Mn2SnS4 異質(zhì)結(jié)是SMS/C NBs負(fù)極材料良好電化學(xué)性能的關(guān)鍵所在。SnS2/Mn2SnS4 異質(zhì)界面能夠穩(wěn)固反應(yīng)中間產(chǎn)物，防止納米尺度的Sn0顆粒的粗化，保證了合金化的可逆轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致較高的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SMS 和碳網(wǎng)的共同作用能夠?yàn)殡娮雍外c離子的遷移提供有效通道，從而提高倍率性能。

原文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsnano.9b00375

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