悉尼科大/上大AFM：用于高能钠离子电池的应力自适应双金属恒星结构纳米球

双金属复合材料由于其固有的可调性、成本效益以及同时实现高比容量和低反应电位，在先进储能系统中作为负极材料具有很大的潜力。然而，简单的双相混合往往不能达到令人满意的性能。

在此，悉尼科技大学汪国秀教授、刘浩教授，上海大学Gao Hong团队提出了一种创新的应力自适应双金属恒星纳米球（50-200 nm），以铋（Bi）为核，无缝封装在锡（Sn）衬底（Sn-Bi@C）中。这种具有双金属性质的一体化星形结构体现了铋和锡之间的协同作用，具有更强的导电性和更高的钠离子扩散动力学性能。此外，利用有限元分析模拟，还发现了锡包覆的铋内部的均匀应力分布，从而有效地减轻了因 Na⁺ 离子的插入而产生的结构应变。

图1. Sn-Bi@C 电极的电化学性能

总之，该工作通过简便的退火策略，作者成功地制造出了一种特殊设计的 Sn-Bi@C 星型纳米粒子，其双核被包裹在锡包层中。在包裹的 Bi 和包裹的 Sn 的共同作用下，Sn-包络的 Bi 结构内部呈现出均匀的应力分布，从而有效地减轻了由 Na⁺ 离子插入过程引起的结构应变。同时，星型纳米球的双金属性质增强了导电性，并促进了钠离子的加速扩散动力学。由于具有这些独特的结构优势，Sn-Bi@C负极为 SIB 提供了卓越的电化学性能。

在 100 mA g^-1 下循环 100 次后，它的比容量高达 461 mA h g^-1，在 1 A g^-1 下循环 2000 次后，容量保持率仍高达 86.9%。即使在 2 A g^-1 的更高电流密度下，其容量仍高达 436 mAh g^-1。此外，当将 Na₃V₂(PO₄)₃ 正极整合到全电池配置中时，Na₃V₂(PO₄)₃|Sn-Bi@C 全电池表现出 251.2 W h kg^-1 的高能量密度和稳定的循环性能，在 1 A g^-1 条件下循环 300 次后仍能保持 97.06% 的容量。这项研究为钠离子电池中双金属合金阳极的开发提出了一个新概念，为其实际应用提供了广阔的前景。

图2. NVP 正极的电池性能

A Stress Self-Adaptive Bimetallic Stellar Nanosphere for High-Energy Sodium-Ion Batteries Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307959

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