李强/葛琛/李洪森JACS: 通过原位实时磁性测试重新认识FeS2钠离子电池的电化学转换机制

尽管过渡金属化合物在锂离子电池（LIBs）具有优异的电化学性能，但在钠离子电池（SIBs）中通常表现出较差的容量和循环性能，这意味着这两种系统之间的反应机制不同。

在此，中科院物理所葛琛副研究员以及青岛大学李强教授、李洪森教授等人将operando（动态现场原位）磁性测试与电化学测量相结合，对离子嵌入机制与典型 FeS₂ /Na (Li) 电池的电化学性能之间的内在关系进行了全面研究。

Operando磁性测试和异位透射电子显微镜 (TEM) 测量表明，只有部分FeS₂参与转化反应过程，而不反应的部分形成“非活性核”，导致低容量。

图1. FeS₂电极的表征

通过Langevin方程拟合量化，作者进一步发现，SIBs中转化反应产生的铁晶粒尺寸远小于LIBs，这可能导致更严重的粉末化，从而导致循环性能更差。

SIBs中上述两种现象的根本原因是较大的Na⁺半径引起的缓慢动力学。这项工作为研究具有高容量和长耐久性的新型SIB材料铺平了道路。

图2. LIBs和SIBs中FeS₂放电后的TEM表征以及机理研究

Reacquainting the Electrochemical Conversion Mechanism of FeS₂ Sodium-Ion Batteries by Operando Magnetometry, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06115

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李强/葛琛/李洪森JACS: 通过原位实时磁性测试重新认识FeS2钠离子电池的电化学转换机制

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