制备高性能金属硫化物电极材料新思路 | Science Bulletin

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速递

An ultralong-life SnS-based anode through phosphate-induced structural regulation for high-performance sodium ion batteries

Ying Wang, Hongguan Li, Silin Chen, Boyin Zhai, Shuanlong Di, Guangying Gao, Sangwook Lee, Sangeun Chun, Shulan Wang, Li Li

Science Bulletin, 2022, 67(20): 2085–2095

doi: 10.1016/j.scib.2022.09.021

简介

作为过渡金属硫化物的代表, SnS因其优异的理论容量和独特的层状结构被认为是理想的钠离子电池负极材料. 然而较差的导电性以及巨大的体积膨胀严重阻碍了SnS作为钠离子电池负极材料的实际应用, 如何实现长循环寿命及高可逆容量是发展其作为高性能负极材料的巨大挑战. 基于此,东北大学李犁团队提出利用具有螯合作用的植酸作为磷源, 并将PO₄³⁻引入SnS层间的结构修饰思路. 研究发现不同于常规掺杂手段, 以Sn-O-P共价键形式存在的PO₄³⁻作为多向导电柱能够有效抑制SnS的结构塌陷并扩大层间间距, 从而实现高效Na⁺存储. 密度泛函理论计算结果表明PO₄³⁻的引入导致SnS内部电荷分布发生变化并产生内建电场, 有效促进了Na⁺的吸附. 因此, 所制备的PO₄-SnS/NG复合负极材料呈现出优异的超长循环寿命; 在5 A g⁻¹下10,000次循环后, 材料仍表现出优异的稳定性, 每次容量衰减仅为0.0028%. 该工作为制备高性能金属硫化物电极材料提供了新思路.

图文导读

‍Figure 1  Synthesis process and morphology characteristics of PO4-SnS/NG. 

Figure 2   Microstructural characterization.

Figure 3  Electrochemical performances in half-cell.  Figure 4   Sodium storage mechanism analysis and electrochemical performance in full-cell.

Figure 5  In-depth understanding of Na⁺ storage within PO4-SnS/NG through DFT calculations.

通讯作者

李犁教授  东北大学冶金学院。主要研究方向：(1)能源存储与电池电化学（锂电、钠电、Li-S、超级电容器、水系及其他储能形式）; (2)材料制备物理化学与冶金新材料; (3)催化、电催化、光催化以及其他太阳能转换与存储形式; (4)固体废弃物资源回收与利用.

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