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AM：鈉離子電池高性能負(fù)極NiCr2S4的儲(chǔ)鈉機(jī)理研究

贗層狀硫化物NiCr₂S₄作為鈉離子電池(SIBs)的負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

德國(guó)基爾克里斯蒂安·阿爾布雷希特大學(xué)Wolfgang Bensch等人通過(guò)基于同步輻射的X射線散射和吸收技術(shù)以及電化學(xué)測(cè)量研究了NiCr₂S₄的Na存儲(chǔ)機(jī)制。

其完全放電過(guò)程包括不可逆地生成嵌入納米晶Na₂S中的Ni⁰和Cr⁰納米粒子，從而縮短擴(kuò)散長(zhǎng)度，并以表面控制電荷存儲(chǔ)為主。在充電過(guò)程中，Ni⁰和Cr⁰被氧化，Na₂S被消耗，形成無(wú)定形的Ni和Cr硫化物。

此外，作者發(fā)現(xiàn)將電壓窗口限制在 3.0-0.3 V會(huì)發(fā)生一種不尋常的鎳擠壓鈉嵌入機(jī)制：Ni²⁺可以可逆地從空位層擠出/嵌入，然后通過(guò)氧化還原過(guò)程形成納米晶fcc-Ni和NaCrS₂。

圖1 NiCr₂S₄的Na存儲(chǔ)機(jī)制示意圖

由于Na⁺可在放電和充電過(guò)程中在高度結(jié)晶的NiCr₂S₄和NaCrS₂之間穿梭，因此可實(shí)現(xiàn)3000次循環(huán)的卓越長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

該結(jié)果不僅為轉(zhuǎn)化材料的電化學(xué)提供了有價(jià)值的見解，而且考慮到可逆鎳擠壓鈉嵌入反應(yīng)作為SIBs的新概念，擴(kuò)展了層狀電極材料的范圍。

圖2 在電壓窗口為3.0-0.3 V時(shí)的電化學(xué)性質(zhì)

Superior Sodium Storage Properties in the Anode Material NiCr₂S₄ for Sodium-Ion Batteries: An X-ray Diffraction, Pair Distribution Function, and X-ray Absorption Study Reveals a Conversion Mechanism via Nickel Extrusion. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202101576

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