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由于其高理論容量和合適的工作電壓，合金型負極材料在堿金屬離子電池（AMIB）中表現出巨大的潛力。然而，循環時的大體積膨脹嚴重阻礙了其應用。

在此，中國石油大學（華東）趙學波教授、顧鑫副教授及山東大學楊劍教授等人提出了一種通過固態反應獲得非晶結構和氧空位磷酸鹽（SnP₂O₇、BiPO₄和 SbPO₄）/N摻雜碳的通用且簡單的方法。這些復合材料同時結合了體積較大的聚陰離子、非晶結構和氧空位等特點，因此表現出比AMIB中的對應化合物更出色的電化學性能。

電化學測試和DFT計算表明，在這種復合材料中，龐大的聚陰離子減輕了結構應力，非晶結構促進了離子傳輸，而氧空位改變了電子結構，從而協同提高電子電導率、加速離子擴散并降低結合能。

圖1. SnP₂O_7-x /N摻雜碳的K存儲性能

因此，該復合材料的電化學性能大大提高。以SnP₂O₇的K存儲性能為例，非晶結構和氧空位的SnP₂O_7-x /N摻雜碳提供高比容量（376 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、穩定的循環性能（1 A g^-1時5000次循環后容量為320.8 mAh g^-1）和良好的倍率性能（161.1 mAh g^-1 @10 A g^-1）。

非原位XRD、HRTEM和SAED觀察表明，SnP₂O₇的儲鉀機制是典型的兩步過程，即轉化反應和合金化反應。這種缺陷和非晶化的協同工程促進快速穩定的Li/Na/K存儲將為AMIBs其他負極的改進提供有價值的指導。

圖2. SnP₂O_7-x /N摻雜碳的儲鉀機制

Boosting Fast and Stable Alkali Metal Ion Storage by Synergistic Engineering of Oxygen Vacancy and Amorphous Structure, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106751

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趙學波/顧鑫/楊劍AFM: 氧空位+非晶結構協同促進堿金屬離子快速穩定存儲

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