欧星/闫岩/王东AFM: 非晶结构工程实现长期高倍率稳定储钠！

高性能转化型电极由于其高理论容量而受到了极大的关注，但结构稳定性差和体积变化引起的大应力积累被认为是其进一步利用的主要限制因素。尽管采取了可行的策略来获得持久的存储容量，但内应力的可控技术仍有待探索。

在此，中南大学欧星副教授、江苏师范大学闫岩副教授及湖南大学王东等人设计了具有二维多孔片状形态的非晶结构GeS₂（GES-A）并将其用作钠离子电池（SIBs）负极，同时系统地研究和揭示了GES-A和晶态GeS₂（GES-C）之间的反应机理和结构可逆性的差异。作者通过Ge-MOF前驱体的原位硫化策略和快速冷却操作构建了GES-A电极材料，而通过共冷却过程可获得GES-C材料。

值得注意的是，非晶基底可保证中间界面的均匀分布且减少活性材料的聚集，从而促进完全的转化反应并降低滞后。此外，它提供了更多的各向同性钠离子扩散通道和活性位点，有效地提高了反应动力学。同时，它可以充分缓解GeS₂的体积膨胀和抑制内应力，从而产生优异的结构耐受性。

图1. GES-A和GES-C复合材料的制备及表征

正如预期的那样，GES-A在0.1 A g^-1的电流密度下表现出635.1 mAh g^-1的显著充电容量，远高于GES-C（371.6 mAh g^-1），具有95.1%的超高初始库仑效率。即使放大到30 A g^-1的超高倍率，比容量仍保持在239.6 mAh g^-1。此外，GES-A在10 A g^-1的超高倍率下1000次循环后容量仍保持512.8 mAh g^-1，表现出增强的循环稳定性。

重要的是，基于GES-A负极组装的全电池也可在1.0 A g^-1的高倍率下循环300次后保持99.59 mAh g^-1的放电容量。最后，作者从宏观和微观两个角度证实所设计的非晶结构可以显著缓解钠化引起的内应力。总之，这项研究提出的非晶化工程是获得稳固框架和畅通无阻的扩散通道的可靠策略，可用于开发高性能转化型电极材料。

图2. GES-A和GES-C的电化学性能比较

Isotropy-Induced Stress Relaxation and Strong-Tolerance for High-Rate and Long-Duration Sodium Storage by Amorphous Structure Engineering, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204687

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