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電極材料的結構工程可以顯著提高鈉離子電池（SIBs）的生命周期和倍率能力，但由于缺乏有效的合成策略，仍然是一項具有挑戰性的任務。

中科大余彥、廣東工業大學芮先宏等開發了一種簡便的水熱策略來合成具有超薄納米片覆蓋其表面的空心VS₄微球，以用作SIB的高性能負極。

圖1 空心VS₄微球的形態和微觀結構分析

與固體或蛋黃-VS₄顆粒相比，VS₄微球上二維和超薄層的存在不僅縮短了鈉離子的擴散路徑，而且提供了豐富的活性位點。此外，中空的內部使電極和電解液之間有足夠的接觸，可以更好地適應反應過程中體積變化帶來的結構應力，從而提高結構的完整性，這已通過有限元模擬得到驗證。

圖2 三種有限元模型和計算的鈉離子嵌入引起的體積膨脹應力分布

受益于上述優勢，以空心VS₄微球為負極的SIBs表現出令人印象深刻的高比容量(1000 mAh g^-1)、出色的超長循環穩定性(在10 A g^-1下經過1000次循環后保持73.2% 的容量)和非凡的倍率容量(在20 A g^-1下容量約為360 mAh g^-1)。

此外，空心VS₄微球在-40 °C的低溫下表現出可靠的倍率性能（例如，在2 A g^-1時容量約為163 mAh g^-1）。這種空心VS₄微球所呈現的非凡性能保證了它們未來在具有高功率密度和能量密度的下一代SIBs中的應用。

圖3 空心VS₄微球的電化學性能

Structure Engineering of Vanadium Tetrasulfides for High-Capacity and High-Rate Sodium Storage. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107058

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