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?悉尼科大/上大AFM：用于高能鈉離子電池的應(yīng)力自適應(yīng)雙金屬恒星結(jié)構(gòu)納米球

雙金屬?gòu)?fù)合材料由于其固有的可調(diào)性、成本效益以及同時(shí)實(shí)現(xiàn)高比容量和低反應(yīng)電位，在先進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)中作為負(fù)極材料具有很大的潛力。然而，簡(jiǎn)單的雙相混合往往不能達(dá)到令人滿(mǎn)意的性能。

在此，悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀教授、劉浩教授，上海大學(xué)Gao Hong團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的應(yīng)力自適應(yīng)雙金屬恒星納米球（50-200 nm），以鉍（Bi）為核，無(wú)縫封裝在錫（Sn）襯底（Sn-Bi@C）中。這種具有雙金屬性質(zhì)的一體化星形結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了鉍和錫之間的協(xié)同作用，具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性和更高的鈉離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)性能。此外，利用有限元分析模擬，還發(fā)現(xiàn)了錫包覆的鉍內(nèi)部的均勻應(yīng)力分布，從而有效地減輕了因 Na⁺ 離子的插入而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)變。

圖1. Sn-Bi@C 電極的電化學(xué)性能

總之，該工作通過(guò)簡(jiǎn)便的退火策略，作者成功地制造出了一種特殊設(shè)計(jì)的 Sn-Bi@C 星型納米粒子，其雙核被包裹在錫包層中。在包裹的 Bi 和包裹的 Sn 的共同作用下，Sn-包絡(luò)的 Bi 結(jié)構(gòu)內(nèi)部呈現(xiàn)出均勻的應(yīng)力分布，從而有效地減輕了由 Na⁺ 離子插入過(guò)程引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)變。同時(shí)，星型納米球的雙金屬性質(zhì)增強(qiáng)了導(dǎo)電性，并促進(jìn)了鈉離子的加速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。由于具有這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，Sn-Bi@C負(fù)極為 SIB 提供了卓越的電化學(xué)性能。

在 100 mA g^-1 下循環(huán) 100 次后，它的比容量高達(dá) 461 mA h g^-1，在 1 A g^-1 下循環(huán) 2000 次后，容量保持率仍高達(dá) 86.9%。即使在 2 A g^-1 的更高電流密度下，其容量仍高達(dá) 436 mAh g^-1。此外，當(dāng)將 Na₃V₂(PO₄)₃ 正極整合到全電池配置中時(shí)，Na₃V₂(PO₄)₃|Sn-Bi@C 全電池表現(xiàn)出 251.2 W h kg^-1 的高能量密度和穩(wěn)定的循環(huán)性能，在 1 A g^-1 條件下循環(huán) 300 次后仍能保持 97.06% 的容量。這項(xiàng)研究為鈉離子電池中雙金屬合金陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)提出了一個(gè)新概念，為其實(shí)際應(yīng)用提供了廣闊的前景。

圖2. NVP 正極的電池性能

A Stress Self-Adaptive Bimetallic Stellar Nanosphere for High-Energy Sodium-Ion Batteries Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307959

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