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见证用户成就 | 有效提高钠离子电池负极材料的稳定性!

 发布时间:2021-12-10 点击量:1694

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大家好,我是李欣研,来自电子科技大学的一名博士生,导师陈俊松教授。我的主要研究方向是新能源二次电池,很荣幸能获得飞纳电镜的这次评奖,这次我获奖的文章是 Efficient Stress Dissipation in Well-Aligned Pyramidal SbSn Alloy Nanoarrays for Robust Sodium Storage。

 

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本篇文章主要聚焦在改善钠离子电池负极合金材料由于体积膨胀带来的稳定性差的问题,我们这篇文章有以下几个亮点:

 

亮点一:

 

SbSn 二元合金具有*的 3D 金字塔结构,它在充分展现合金型负极材料高容量特点的同时拥有较好的循环稳定性。

 

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SbSn 纳米阵列的SEM 电镜图(飞纳电镜拍摄,侧视图)

 

亮点二:

 

利用密度泛函理论计算证明了与单金属相比,该二元合金提供了更高的 Na+ 扩散效率,并且退火后形成的“合金胶"有效增强了导电基底和 SbSn 之间相互作用,从而避免了活性物质从集流体上脱落,保证了二者之间的稳定接触。

 

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基于 DFT(密度泛函理论)理论计算:a) Sb-SbCu、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 三种含 Na 迁移路径的模型;b) 不同迁移模型中 Na 扩散的能量;c) Sb-SbCu、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 的态密度。 虚线表示 d 波段中心在每一个系统;d) SbCu、SnCu、SbSnCu、Cu 的几何优化模型及其对应的结合能。

 

亮点三:

 

基于有限元分析表明当前三角形几何形状能够提供更短的 Na+ 扩散路径,使其在吸附更多钠离子的同时具有较小的浓度梯度和更均匀的应力分布,这将有利于高倍率下的充放电性能以及对 Na+合金/去合金过程中所产生的结构应力的即时消散。我们通过组分和结构的调整实现了较好的循环稳定性和倍率性能。

 

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对相同底部长度和高度下不同形状的 Na+ 离子浓度和应力分布进行了有限元分析;a)  Na+ 离子浓度分布; b) 三种形状的应力分布;c) 底部角落最大局部应力的放大图;d) 三种形态的分布;e) 平均 Na+ 离子浓度的对比;f) 三种形状的局部最大应力对比

 

其中,比较重要的形貌表征就是通过飞钠电镜实现的,它将我们合成的三角形貌很好地呈现了出来,通过拍摄正面和截面的图像,我们可以看到生长的合金由一个个小的三角形组成,并且排列的非常整齐。

 

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SbSn 纳米阵列的合成过程示意图

 

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SbSn 纳米阵列的 SEM 图(飞纳电镜拍摄):俯视图(b,c)和侧视图(d,e)

 

由于合金胶是在集流体和活性物质底部,所以表征起来有一定的困难,飞钠电镜能谱 Mapping 测试和截面测样功能,使得这一问题得到了很好的解决。

 

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SbSn 纳米阵列结构的能谱面扫 Mapping 结果

 

最后,感谢我们科研团队老师和同学们的指导与帮助,也非常感谢飞钠电镜的技术支持。

 

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