雷勇AEM：超高倍率、超长时间的钠存储，2 A/g下循环1500次!

尽管硫化钒(VS_x)具有可变的价态和良好的碘化/脱碘电位，但由于其结构变形体积膨胀和粉化，作为钠离子电池(SIBs)的负极材料，其容量下降和低循环能力受到阻碍。

图1. 3D-VS_x的制备及形貌

德国伊尔梅瑙工业大学雷勇等报告了一种解决这些挑战的方法，即通过制备一种用于SIB的3D-VS_x负极来实现超高倍率和超长时间的稳定储钠。所设计的3D-VS_x负极在2 A g^-1的高倍率下经过1500次循环后，提供了961.4 mAh g^-1的可逆容量，这使得这项工作成为迄今为止报告的容量/循环的最佳组合性能。

此外，作者通过表面现象和电化学反应研究，阐明了钠化驱动的3D-VS_x重构的机制和重要性，这在硫化钒负极中以前没有报道过。研究发现，Na⁺的插入/脱出行为是部分不可逆的，这也是钠化驱动重构的主要原因。

图2. 3D-VS_x的电化学性能

3D-VS_x通过碘化驱动的重构来增加活性位点和缓解体积变化，显示了钠离子存储的独特特性：

i）诱导大量的Na⁺存储活性位点，促进稳定的最终高容量；

ii）具有更大空隙空间的自重构开放纳米结构（微纳米片至微纳颗粒），以承受重复体积变化和3D VS_x的纳米级扩散长度；

iii）优化和稳定的固体-电解质界面，可以适应长期循环。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算得出Na⁺的吸附能和扩散能垒，表明3D-VS_x电极更有利于Na⁺在晶格层内扩散，从而提高电池容量。

这项工作提出了一种制备超高比容量和倍率容量电极材料的一般方法，同时也让人们清楚地认识到钠化驱动的重构反应对进一步提高SIBs的性能。

图3. 用于SIB的3D-VS_x电极的反应机制研究

Ultrahigh-Rate and Ultralong-Duration Sodium Storage Enabled by Sodiation-Driven Reconfiguration. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204324