钠离子电池(SIB)以其低成本和适用于所有气候条件的特点被认为是最有前途的替代品。然而,与锂相比,钠离子半径较大,因此必须选择合适的电极材料,来保持快速、稳定的钠化/脱钠速率。二硫化锡(SnS2)在转化和随后的合金化反应的基础上具有较高的理论容量,这使得它有别于大多数过渡金属硫族化合物,如MoS2和TiS2。其层结构具有较大的层间距(0.59nm)和弱范德华耦合,增强了钠离子的扩散。然而,由于转化和合金化过程中的体积变化较大,导致纯SnS2在循环过程中的容量急剧下降,而其固有的低导电性则降低了其倍率性能。
为了解决这些问题,通常引入碳来缓解体积变化,提高整个电极的导电性。进一步掺杂碳的杂原子可以提高其对活性材料的亲和力,形成强健的结构,并有利于电子和离子的转移过程。
有鉴于此,香港科技大学羅正湯教授,美国阿贡国家实验室,斯坦福大学,阿卜杜拉赫曼本费萨尔大学Khalil Amine报道了通过水凝胶包埋法,限制在氮和硫掺杂的碳纳米管(NS-CNT)与无定形碳之间的几层SnS2纳米片的生长。所得的碳夹心SnS2纳米片表现出优异的钠储存性能。
文章要点:
1)所得的SnS2/NS-CNT电极材料具有三明治状结构,显著提高了其钠储存性能,在0.4 C下,经过80次循环,比容量为417 mAh g-1。在0.1、0.2、0.4、1、2、3、4、5 C下放电/充电时,可分别输出738、613、538、463、411、382、360、344 mAh g-1的容量。
2)操作小角x射线散射结合X射线近边吸收光谱表明SnS2/NS-CNT与Na+之间的氧化还原反应是高度可逆的。相反,发现纳米结构的演变是不可逆的,其中SnS2纳米片塌陷,随后再生SnS2纳米粒子。
该工作提供了对SnS2基负极化学环境演变和结构变化的见解,阐明了其可逆的反应机理,并说明了工程碳载体在确保电极结构稳定性方面的重要性。
Zhenjing Liu, et al, Highly-reversible Sodiation/desodiation from Carbon-
sandwiched SnS2 Nanosheets Anode for Sodium Ion Battery Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00964
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00964