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余彥/芮先宏Small：空心VS4微球?qū)崿F(xiàn)1000次穩(wěn)定儲(chǔ)鈉！

電極材料的結(jié)構(gòu)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(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

中科大余彥、廣東工業(yè)大學(xué)芮先宏等開發(fā)了一種簡(jiǎn)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(fù)極。

圖1 空心VS₄微球的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)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(kuò)散路徑，而且提供了豐富的活性位點(diǎn)。此外，中空的內(nèi)部使電極和電解液之間有足夠的接觸，可以更好地適應(yīng)反應(yīng)過程中體積變化帶來的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的完整性，這已通過有限元模擬得到驗(yàn)證。

圖2 三種有限元模型和計(jì)算的鈉離子嵌入引起的體積膨脹應(yīng)力分布

受益于上述優(yōu)勢(shì)，以空心VS₄微球?yàn)樨?fù)極的SIBs表現(xiàn)出令人印象深刻的高比容量(1000 mAh g^-1)、出色的超長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性(在10 A g^-1下經(jīng)過1000次循環(huán)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(xiàn)出可靠的倍率性能（例如，在2 A g^-1時(shí)容量約為163 mAh g^-1）。這種空心VS₄微球所呈現(xiàn)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(yīng)用。

圖3 空心VS₄微球的電化學(xué)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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