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李強/葛琛/李洪森JACS: 通過原位實時磁性測試重新認識FeS2鈉離子電池的電化學轉換機制

盡管過渡金屬化合物在鋰離子電池（LIBs）具有優異的電化學性能，但在鈉離子電池（SIBs）中通常表現出較差的容量和循環性能，這意味著這兩種系統之間的反應機制不同。

在此，中科院物理所葛琛副研究員以及青島大學李強教授、李洪森教授等人將operando（動態現場原位）磁性測試與電化學測量相結合，對離子嵌入機制與典型 FeS₂ /Na (Li) 電池的電化學性能之間的內在關系進行了全面研究。

Operando磁性測試和異位透射電子顯微鏡 (TEM) 測量表明，只有部分FeS₂參與轉化反應過程，而不反應的部分形成“非活性核”，導致低容量。

圖1. FeS₂電極的表征

通過Langevin方程擬合量化，作者進一步發現，SIBs中轉化反應產生的鐵晶粒尺寸遠小于LIBs，這可能導致更嚴重的粉末化，從而導致循環性能更差。

SIBs中上述兩種現象的根本原因是較大的Na⁺半徑引起的緩慢動力學。這項工作為研究具有高容量和長耐久性的新型SIB材料鋪平了道路。

圖2. LIBs和SIBs中FeS₂放電后的TEM表征以及機理研究

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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