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高度安全的Mg負極和快速Li⁺動力學的結合賦予了混合Mg²⁺/Li⁺電池（MLIBs）極具潛力的發展前景，但由于缺乏實現Mg²⁺充分參與反應的合適正極，導致對Li⁺的高度依賴，這阻礙了其實際應用。

在此，復旦大學余學斌教授等人設計了一種可擴展的策略來合成一系列嵌入碳納米纖維中尺寸可控的硫化鎳納米粒子（NiS@C）并將其用作MLIBs的正極材料，系統地研究了NiS粒徑和碳含量對混合Mg²⁺/Li⁺存儲的影響。

其中，具有纖維形態的NiS@C的逐步制備過程如下：前驅體由Ni(NO₃)₂·6H₂O 和聚乙烯吡咯烷酮在N,N-二甲基甲酰胺和乙醇（體積比；1:1）溶劑中通過一步連續靜電紡絲技術獲得，然后該纖維前體在空氣中進行氧化處理以增強材料的韌性。接下來，將其在Ar氣氛中進行碳化和硫化處理，兩步反應的主要目的是減輕反應過程中對材料的應力并易于硫化。實驗結果表明，該正極材料具有小而均勻的NiS粒徑和適當的碳含量，有助于最大限度地提高活性材料的利用率，緩解正極內部的應力。

圖1. NiS@C的制備示意圖及表征

電化學測試表明，代表性的NiS@C具有優異的電化學性能，在50 mA g^-1時的最高放電容量為435 mAh g^-1。此外，這種轉換型正極還表現出優異的倍率性能（73 mAh g^-1@5000 mA g^-1）、顯著的循環壽命和高庫倫效率（99.9%），在1000 mA g^-1下重復500次循環后仍保持電化學活性。

最重要的是，作者通過非原位和原位XRD的完美結合明確地揭示了MLIBs中NiS的轉化機制，驗證了Mg²⁺和Li⁺在正極側的共同參與及從NiS到Ni₂S₃的不可逆轉變。總體而言，這項工作突出了設計具有高理論容量和低成本特性的新型轉換型正極材料的潛力，以提高鎂基電池的壽命和倍率性能。

圖2. NiS@C電極的電化學性能

Size-Controllable Nickel Sulfide Nanoparticles Embedded in Carbon Nanofibers as High-Rate Conversion Cathodes for Hybrid Mg-Based Battery, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106107

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復旦余學斌Adv. Sci.: 一種混合鎂基電池的高倍率轉換型正極

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