鈉離子電池由于鈉（Na）資源豐富且成本低廉，已成為具有競爭力的鋰離子電池替代儲能系統。目前,是發展實用化的核心挑戰之一儲鈉技術是高性能負極材料的設計。雖然碳質材料和鈦基氧化物等嵌入型陽極具有穩定的結構以容納 Na+離子, 但它們通常具有非常有限的容量。合金型負極材料具有較高的理論比容量，是鈉離子電池的理想負極材料。但由于鈉(Na)合金化/脫合金化過程中體積變化較大，容量衰減較快，限制了它們的實際應用。

來自電子科技大學的研究人員報道了一種在銅(Cu)襯底上電沉積高取向銻錫(SbSn)合金納米陣列的簡便方法。這種二元合金具有定義良好的三角金字塔狀結構，隨后的熱退火工藝在納米陣列的根部形成了一種“合金膠”，它在活性合金和銅襯底之間產生了牢固的連接。密度泛函理論計算結果表明，與單個金屬相比，制備的合金具有更有利的Na擴散，“合金膠”提供了襯底與SbSn之間強烈的相互作用。更重要的是，基于有限元分析，這種獨特的三角形金字塔狀納米結構不僅在Na+濃度梯度上產生了小的差異，而且建立了均勻的應力分布，既促進了高效的Na+擴散，又促進了有效的應力消散?？傊瑑灮某煞趾蛶缀谓Y構提高了當前SbSn合金納米陣列的高倍率性能，延長了循環壽命。

綜上所述，本文采用無模板電沉積方法在銅襯底上成功制備了自支撐的SbSn合金納米陣列。單個SbSn亞基呈金字塔狀，隨后在Ar氣氛下退火形成SbSnCu三元相，它作為“合金膠”將活性SbSn連接到Cu襯底上。當作為鈉存儲的負極材料時，所制備的SbSn納米陣列在5 C下表現出521mAh g?1的優異倍率容量，在2C倍率下800次循環后的保持率高達82%，表現出優于大多數已報道的SbSn合金電極的性能。此外，由SbSn和Na3V2(PO4)3組成的全電池提供了189WH kg?1的比能量密度。密度泛函計算表明，與Sb和Sn的單獨金屬相比，SbSnCu合金成分具有更有利的Na擴散，而三元“合金膠”的存在增強了納米陣列的結構穩定性。此外，基于有限元分析的模擬結果表明，這種金字塔狀的三角形結構有利于活性物質的有效利用以及循環過程中產生的內應力的消散。這項工作將化學和幾何工程完美地結合在一起極大地提高了鈉的儲存性能，從而為未來高性能儲能電極材料的設計提供了新的思路。（文：SSC）

圖1.SbSn納米陣列的合成和表征

圖2.a)退火前后納米陣列的XRD圖譜。b)SbSn納米陣列的完整XPS測量光譜，以及c)Sb 3D和d)Sn 3D的芯能級光譜。

圖3.a)掃描速率為0.2 mV s?1時的CV和b)速率為0.3C的SbSn電極的恒流曲線。c)比較了Sb、Sn和SbSb在2C 循環200次后的性能。

圖4.銻錫電極電化學行為的動力學分析

圖5.基于DFT的理論計算

圖6.在相同的底部長度和高度下，不同形狀的Na+離子濃度和應力分布的有限元分析。 TOP 往期推薦 Historical articles

審核編輯：郭婷