【TEM样品杆应用】高首次库伦效率和循环稳定性的钠离子电池研究

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钠离子电池具备安全性高，成本低的优势有望在智能电网的大规模储能上得到应用。SnS2作为钠离子电池的负极材料具有较高的理论比容量，然而首次库伦效率较低，严重阻碍了它的实际应用。近日，PicoFemto®原位电学样品杆（STM-TEM Holder）助力华南理工大学环境与能源学院、美国佐治亚理工学院刘美林教授与华南理工大学杨成浩教授（通讯作者）在Sn基负极材料的钠离子电池的研究上再创突破，相关研究成果以《Fabrication of SnS2/Mn2SnS4/Carbon Heterostructures for Sodium-Ion Batteries with High Initial Coulombic Efficiency and Cycling Stability》为题发表在国际期刊《ACS NANO》上(DOI: 10.1021/acsnano.9b00375)。

   研究人员利用简单易行的湿化学方法制备了一种SnS2/Mn2SnS4/Carbon (SMS/C NBs) 异质结构，并用于制作钠离子电池的负极材料。测试发现，SMS/C NBs 具有 841.2 mAh /g的初始容量，首次库伦效率高达90.8%。同时，它还表现出优异的倍率性能（在0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 和10.0 A /g 的电流密度下，容量分别可达到752.3, 604.7, 570.1, 546.9, 519.7 和 488.7 mAh /g )。此外，它的循环稳定性也较好（在5.0 A/ g电流密度下，循环500 圈，其容量仍有522.5 mAh /g）。

       利用PicoFemto®STM-TEM Holder, 研究人员分别将SMS/C 和Na@Na2O固定在Au和W针尖上用作电极搭建了微型电池，研究了sodiation/desodiation 过程中电极材料的微观变化来探究材料优异电化学性能的机理。他们发现在通电2min左右负极材料SMS/C的体积膨胀率相对来说较小，表明Mn的引入能够明显阻止纳米尺度Sn的粗化。并且，在脱钠过程后负极材料体积基本恢复到了原来的尺寸。PicoFemto®原位样品杆为直观、实时的研究这一可逆过程提供了强大支撑。此外，结合DFT理论计算和原位XRD表征手段，研究人员发现SnS2/Mn2SnS4 异质结是SMS/C NBs负极材料良好电化学性能的关键所在。SnS2/Mn2SnS4 异质界面能够稳固反应中间产物，防止纳米尺度的Sn0颗粒的粗化，保证了合金化的可逆转变，从而导致较高的首次库伦效率和循环稳定性。此外，异质结构的SMS 和碳网的共同作用能够为电子和钠离子的迁移提供有效通道，从而提高倍率性能。

原文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsnano.9b00375

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原文：http://www.zeptools.com/case/yuanweidianzixianweijing/2019/0929/1474.html