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贗層狀硫化物NiCr₂S₄作為鈉離子電池(SIBs)的負極材料表現出優異的電化學性能。

德國基爾克里斯蒂安·阿爾布雷希特大學Wolfgang Bensch等人通過基于同步輻射的X射線散射和吸收技術以及電化學測量研究了NiCr₂S₄的Na存儲機制。

其完全放電過程包括不可逆地生成嵌入納米晶Na₂S中的Ni⁰和Cr⁰納米粒子，從而縮短擴散長度，并以表面控制電荷存儲為主。在充電過程中，Ni⁰和Cr⁰被氧化，Na₂S被消耗，形成無定形的Ni和Cr硫化物。

此外，作者發現將電壓窗口限制在 3.0-0.3 V會發生一種不尋常的鎳擠壓鈉嵌入機制：Ni²⁺可以可逆地從空位層擠出/嵌入，然后通過氧化還原過程形成納米晶fcc-Ni和NaCrS₂。

圖1 NiCr₂S₄的Na存儲機制示意圖

由于Na⁺可在放電和充電過程中在高度結晶的NiCr₂S₄和NaCrS₂之間穿梭，因此可實現3000次循環的卓越長期穩定性。

該結果不僅為轉化材料的電化學提供了有價值的見解，而且考慮到可逆鎳擠壓鈉嵌入反應作為SIBs的新概念，擴展了層狀電極材料的范圍。

圖2 在電壓窗口為3.0-0.3 V時的電化學性質

Superior Sodium Storage Properties in the Anode Material NiCr₂S₄ for Sodium-Ion Batteries: An X-ray Diffraction, Pair Distribution Function, and X-ray Absorption Study Reveals a Conversion Mechanism via Nickel Extrusion. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202101576

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AM：鈉離子電池高性能負極NiCr2S4的儲鈉機理研究

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