Appl. Surf. Sci.｜利用Nb₂CTₓ 还原性质制备锚定SnS纳米棒的Nb₂CTₓ 纳米框架用于钠离子电池

研究摘要

        由于最近移动电子设备和电动汽车的使用增加，高能量密度的电化学储能设备的发展受到了极大的关注。锂离子电池具有极高的能量密度和长周期性能，是目前应用最广泛的储能设备。但是，由于锂金属储量匮乏及分布不均，有必要开发用其他材料制成的新一代电池。钠离子电池作为新一代可再生能源存储设备，相对于锂离子电池而言，在钠储量及价格方面具有优势。Sn基硫化物材料由于其极高的钠离子理论可逆比容量(847 mAh g^-1)，受到了研究者们的广泛关注。然而，Sn基材料会出现较大的体积变化，这将破坏电极的纳米结构，从而影响电池的稳定性。中科院半导体所王丽丽研究员研究团队在国际知名期刊 Applied Surface Science 上发表一篇题目为: Anchored SnS nanorods based on a carbon-enhanced Nb₂CTx three-dimensional nanoflower framework achieve stable, high capacity Na-ion storag 研究论文。本文利用Nb₂CTx本身具有的还原性性质可控得将SnS纳米棒锚定在Nb₂CTx纳米片上，并具有优秀的钠离子存储性能。SnS/Nb₂CTx电极在0.1 A g^-1电流密度下循环100圈后仍具有384 mAh g^-1的比容量，在0.1-1 A g^-1电流密度变化下仍具有73%的容量保留率。

图文导读

图1. C@SnS@Nb₂CTx/Nb₂O₅合成流程图及SEM、EDS、TG测试。

图2. C@SnS@Nb₂CTx/Nb₂O₅ XRD、XPS表征。

图3. C@SnS@Nb₂CTx/Nb₂O₅ 钠离子半电池电化学性能测试。

图4. C@SnS@Nb₂CTx/Nb₂O₅钠离子半电池动力学分析。

图5. SnS/Nb₂Cox电子性质、钠离子吸附位点及在SnS/Nb₂COx 表面扩散研究。

总结

       总之，我们设计了一种以高导电性Nb₂CTx为骨架的水热还原法制备SnS的方法。因此，我们成功地合成了一种三维纳米花形钠存储负极材料。这种SnS纳米棒原位生长在Nb₂CTx导电框架上，可以实现较强的协同效应，提高SnS对钠的埋入和萃取效率。此外，外加C层可以大大缓解Na-Sn合金体积膨胀引起的结构损伤和材料脱落。

文献链接

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153598

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