金屬硫化物因具有高容量和低成本的優點被認為是鈉離子電池(SIBs)有前途的負極材料,但普遍存在的低倍率和高充電平臺等問題極大地阻礙了它們在全電池中的應用。
在此,北京化工大學邱介山教授及澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)郝曉娟博士、Anthony F. Hollenkamp等人以納米分散的SnS2和CoS2相組裝的碳納米管 (CNT) 串狀金屬硫化物超結構 (CSC) 為例,在醚基電解液中初步研究了類似于高熵材料的雞尾酒效應以解決上述挑戰。
CSC負極中金屬硫化物的高納米分散性是雞尾酒效應的基礎,能夠規避不同金屬硫化物的固有缺陷。通過使用醚基電解液,金屬硫化物的可逆性大大提高,以維持雞尾酒效應的長期有效性。
圖1. CSC負極優異電化學行為的機理研究
因此,CSC有效地克服了SnS2的低倍率缺陷和CoS2的高平臺缺陷,同時實現了高倍率和低平臺。在半電池中,CSC負極顯示出在20 A g-1下327.6 mAh g-1的超高倍率能力,且平均充電電壓顯著降低至約0.62 V。
組裝好的CSC//Na1.5VPO4.8F0.7全電池顯示出良好的倍率性能和高平均放電電壓(2.57 V)。動力學分析證實,與單相和混合相相比,雞尾酒效應在很大程度上促進了CSC中的電荷轉移和離子擴散,機理研究表明納米分散的SnS2和CoS2相之間的替代和互補電化學過程是導致CSC充電電壓降低的原因。
這種雞尾酒效應有效地增強了金屬硫化物負極的實用性,將推動高倍率/電壓鈉離子全電池的發展。
圖2. 全電池的電化學性能
Electrolyte/Structure-Dependent Cocktail Mediation Enabling High-Rate/Low-Plateau Metal Sulfide Anodes for Sodium Storage, Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00686-4
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