扬大陈铭ACS Nano: 用于碱金属离子电池三合一混合存储机制的原子焊接双壁空心纳米球

在碱金属离子电池中，碱金属离子嵌入/脱嵌过程中的合金化反应产生的较大的体积变化会导致容量衰减，合理优化电极材料成分和结构设计是解决这些问题的有效策略之一。

MoS₂由于具有高理论比容量和二维类石墨烯结构而受到广泛关注，然而MoS₂纳米片的导电性差，体积变化大。Sn作为金属具有较强的导电性，在热熔状态下具有较好的塑性。因此，合理结合Sn的熔体塑性和MoS₂的层状结构设计异质结构提高锂/钠/钾电化学存储值得研究。

在此，扬州大学陈铭等人通过原位限域生长和界面工程构建并合成了双壁中空纳米球结构 (DWHNS) Sn/MoS₂ @C。Sn/MoS₂的内部空心球是通过在高温下用液态Sn原子焊接MoS₂纳米片形成的，通过不同温度下的形貌演变探索了层次结构的形成机制。

该材料表现出丰富的内部空间和高比表面积，为 Li⁺/Na⁺/K⁺提供了更多的存储位点并在一定程度上减轻Sn基电极材料的体积效应。

图1. DWHNS Sn/MoS₂@C的合成与表征

因此该复合材料表现出优异的比容量和良好的可逆性，在1 A g^-1下，锂离子电池500次循环后容量达到931 mAh g^-1，钠离子电池400次循环后容量达到432 mAh g^-1，钾离子电池300次循环后容量达到226 mAh g^-1。

此外，非原位测试验证了碱金属离子电池中DWHNS Sn/MoS₂@C的形貌演变和机理分析，证实了碱金属离子电池的三合一混合储存机理：即碳壳的插层反应、MoS₂的转化反应和Sn的合金化反应。

图2. 基于该复合材料的钠离子电池和钾离子电池的电化学性能

Atomic Welded Dual-Wall Hollow Nanospheres for Three-in-One Hybrid Storage Mechanism of Alkali Metal Ion Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04913

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扬大陈铭ACS Nano: 用于碱金属离子电池三合一混合存储机制的原子焊接双壁空心纳米球

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