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見證用戶成就 | 有效提高鈉離子電池負(fù)極材料的穩(wěn)定性!

 更新時(shí)間:2021-12-10 點(diǎn)擊量:2841

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大家好,我是李欣研,來自電子科技大學(xué)的一名博士生,導(dǎo)師陳俊松教授。我的主要研究方向是新能源二次電池,很榮幸能獲得飛納電鏡的這次評(píng)獎(jiǎng),這次我獲獎(jiǎng)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鈉離子電池負(fù)極合金材料由于體積膨脹帶來的穩(wěn)定性差的問題,我們這篇文章有以下幾個(gè)亮點(diǎn):

 

亮點(diǎn)一:

 

SbSn 二元合金具有*的 3D 金字塔結(jié)構(gòu),它在充分展現(xiàn)合金型負(fù)極材料高容量特點(diǎn)的同時(shí)擁有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

 

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SbSn 納米陣列的SEM 電鏡圖(飛納電鏡拍攝,側(cè)視圖)

 

亮點(diǎn)二:

 

利用密度泛函理論計(jì)算證明了與單金屬相比,該二元合金提供了更高的 Na+ 擴(kuò)散效率,并且退火后形成的“合金膠"有效增強(qiáng)了導(dǎo)電基底和 SbSn 之間相互作用,從而避免了活性物質(zhì)從集流體上脫落,保證了二者之間的穩(wěn)定接觸。

 

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基于 DFT(密度泛函理論)理論計(jì)算:a) Sb-SbCu、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 三種含 Na 遷移路徑的模型;b) 不同遷移模型中 Na 擴(kuò)散的能量;c) Sb-SbCu、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 的態(tài)密度。 虛線表示 d 波段中心在每一個(gè)系統(tǒng);d) SbCu、SnCu、SbSnCu、Cu 的幾何優(yōu)化模型及其對(duì)應(yīng)的結(jié)合能。

 

亮點(diǎn)三:

 

基于有限元分析表明當(dāng)前三角形幾何形狀能夠提供更短的 Na+ 擴(kuò)散路徑,使其在吸附更多鈉離子的同時(shí)具有較小的濃度梯度和更均勻的應(yīng)力分布,這將有利于高倍率下的充放電性能以及對(duì) Na+合金/去合金過程中所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力的即時(shí)消散。我們通過組分和結(jié)構(gòu)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

 

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對(duì)相同底部長(zhǎng)度和高度下不同形狀的 Na+ 離子濃度和應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元分析;a)  Na+ 離子濃度分布; b) 三種形狀的應(yīng)力分布;c) 底部角落最大局部應(yīng)力的放大圖;d) 三種形態(tài)的分布;e) 平均 Na+ 離子濃度的對(duì)比;f) 三種形狀的局部最大應(yīng)力對(duì)比

 

其中,比較重要的形貌表征就是通過飛鈉電鏡實(shí)現(xiàn)的,它將我們合成的三角形貌很好地呈現(xiàn)了出來,通過拍攝正面和截面的圖像,我們可以看到生長(zhǎng)的合金由一個(gè)個(gè)小的三角形組成,并且排列的非常整齊。

 

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SbSn 納米陣列的合成過程示意圖

 

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SbSn 納米陣列的 SEM 圖(飛納電鏡拍攝):俯視圖(b,c)和側(cè)視圖(d,e)

 

由于合金膠是在集流體和活性物質(zhì)底部,所以表征起來有一定的困難,飛鈉電鏡能譜 Mapping 測(cè)試和截面測(cè)樣功能,使得這一問題得到了很好的解決。

 

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SbSn 納米陣列結(jié)構(gòu)的能譜面掃 Mapping 結(jié)果

 

最后,感謝我們科研團(tuán)隊(duì)老師和同學(xué)們的指導(dǎo)與幫助,也非常感謝飛鈉電鏡的技術(shù)支持。

 

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