赵学波/顾鑫/杨剑AFM: 氧空位+非晶结构协同促进碱金属离子快速稳定存储

由于其高理论容量和合适的工作电压，合金型负极材料在碱金属离子电池（AMIB）中表现出巨大的潜力。然而，循环时的大体积膨胀严重阻碍了其应用。

在此，中国石油大学（华东）赵学波教授、顾鑫副教授及山东大学杨剑教授等人提出了一种通过固态反应获得非晶结构和氧空位磷酸盐（SnP₂O₇、BiPO₄和 SbPO₄）/N掺杂碳的通用且简单的方法。这些复合材料同时结合了体积较大的聚阴离子、非晶结构和氧空位等特点，因此表现出比AMIB中的对应化合物更出色的电化学性能。

电化学测试和DFT计算表明，在这种复合材料中，庞大的聚阴离子减轻了结构应力，非晶结构促进了离子传输，而氧空位改变了电子结构，从而协同提高电子电导率、加速离子扩散并降低结合能。

图1. SnP₂O_7-x /N掺杂碳的K存储性能

因此，该复合材料的电化学性能大大提高。以SnP₂O₇的K存储性能为例，非晶结构和氧空位的SnP₂O_7-x /N掺杂碳提供高比容量（376 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、稳定的循环性能（1 A g^-1时5000次循环后容量为320.8 mAh g^-1）和良好的倍率性能（161.1 mAh g^-1 @10 A g^-1）。

非原位XRD、HRTEM和SAED观察表明，SnP₂O₇的储钾机制是典型的两步过程，即转化反应和合金化反应。这种缺陷和非晶化的协同工程促进快速稳定的Li/Na/K存储将为AMIBs其他负极的改进提供有价值的指导。

图2. SnP₂O_7-x /N掺杂碳的储钾机制

Boosting Fast and Stable Alkali Metal Ion Storage by Synergistic Engineering of Oxygen Vacancy and Amorphous Structure, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106751

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赵学波/顾鑫/杨剑AFM: 氧空位+非晶结构协同促进碱金属离子快速稳定存储

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