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揚大陳銘ACS Nano: 用于堿金屬離子電池三合一混合存儲機制的原子焊接雙壁空心納米球

在堿金屬離子電池中，堿金屬離子嵌入/脫嵌過程中的合金化反應產生的較大的體積變化會導致容量衰減，合理優化電極材料成分和結構設計是解決這些問題的有效策略之一。

MoS₂由于具有高理論比容量和二維類石墨烯結構而受到廣泛關注，然而MoS₂納米片的導電性差，體積變化大。Sn作為金屬具有較強的導電性，在熱熔狀態下具有較好的塑性。因此，合理結合Sn的熔體塑性和MoS₂的層狀結構設計異質結構提高鋰/鈉/鉀電化學存儲值得研究。

在此，揚州大學陳銘等人通過原位限域生長和界面工程構建并合成了雙壁中空納米球結構 (DWHNS) Sn/MoS₂ @C。Sn/MoS₂的內部空心球是通過在高溫下用液態Sn原子焊接MoS₂納米片形成的，通過不同溫度下的形貌演變探索了層次結構的形成機制。

該材料表現出豐富的內部空間和高比表面積，為 Li⁺/Na⁺/K⁺提供了更多的存儲位點并在一定程度上減輕Sn基電極材料的體積效應。

圖1. DWHNS Sn/MoS₂@C的合成與表征

因此該復合材料表現出優異的比容量和良好的可逆性，在1 A g^-1下，鋰離子電池500次循環后容量達到931 mAh g^-1，鈉離子電池400次循環后容量達到432 mAh g^-1，鉀離子電池300次循環后容量達到226 mAh g^-1。

此外，非原位測試驗證了堿金屬離子電池中DWHNS Sn/MoS₂@C的形貌演變和機理分析，證實了堿金屬離子電池的三合一混合儲存機理：即碳殼的插層反應、MoS₂的轉化反應和Sn的合金化反應。

圖2. 基于該復合材料的鈉離子電池和鉀離子電池的電化學性能

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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