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見證使用者成就 | 有效提高鈉離子電池負極材料的穩定性₪▩✘!

 釋出時間☁☁│:2021-12-10 點選量☁☁│:1800

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大家好│▩,我是李欣研│▩,來自電子科技大學的一名博士生│▩,導師陳俊松教授↟☁▩。我的主要研究方向是新能源二次電池│▩,很榮幸能獲得飛納電鏡的這次評獎│▩,這次我獲獎的文章是 Efficient Stress Dissipation in Well-Aligned Pyramidal SbSn Alloy Nanoarrays for Robust Sodium Storage↟☁▩。

 

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本篇文章主要聚焦在改善鈉離子電池負極合金材料由於體積膨脹帶來的穩定性差的問題│▩,我們這篇文章有以下幾個亮點☁☁│:

 

亮點一☁☁│:

 

SbSn 二元合金具有*的 3D 金字塔結構│▩,它在充分展現合金型負極材料高容量特點的同時擁有較好的迴圈穩定性↟☁▩。

 

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SbSn 奈米陣列的SEM 電鏡圖(飛納電鏡拍攝│▩,側檢視)

 

亮點二☁☁│:

 

利用密度泛函理論計算證明了與單金屬相比│▩,該二元合金提供了更高的 Na+ 擴散效率│▩,並且退火後形成的“合金膠"有效增強了導電基底和 SbSn 之間相互作用│▩,從而避免了活性物質從集流體上脫落│▩,保證了二者之間的穩定接觸↟☁▩。

 

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基於 DFT(密度泛函理論)理論計算☁☁│:a) Sb-SbCu│╃╃·、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 三種含 Na 遷移路徑的模型;b) 不同遷移模型中 Na 擴散的能量;c) Sb-SbCu│╃╃·、Sn-SnCu 和 SbSn-SbSnCu 的態密度↟☁▩。 虛線表示 d 波段中心在每一個系統;d) SbCu│╃╃·、SnCu│╃╃·、SbSnCu│╃╃·、Cu 的幾何最佳化模型及其對應的結合能↟☁▩。

 

亮點三☁☁│:

 

基於有限元分析表明當前三角形幾何形狀能夠提供更短的 Na+ 擴散路徑│▩,使其在吸附更多鈉離子的同時具有較小的濃度梯度和更均勻的應力分佈│▩,這將有利於高倍率下的充放電效能以及對 Na+合金/去合金過程中所產生的結構應力的即時消散↟☁▩。我們透過組分和結構的調整實現了較好的迴圈穩定性和倍率效能↟☁▩。

 

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對相同底部長度和高度下不同形狀的 Na+ 離子濃度和應力分佈進行了有限元分析;a)  Na+ 離子濃度分佈; b) 三種形狀的應力分佈;c) 底部角落最大區域性應力的放大圖;d) 三種形態的分佈;e) 平均 Na+ 離子濃度的對比;f) 三種形狀的區域性最大應力對比

 

其中│▩,比較重要的形貌表徵就是透過飛鈉電鏡實現的│▩,它將我們合成的三角形貌很好地呈現了出來│▩,透過拍攝正面和截面的影象│▩,我們可以看到生長的合金由一個個小的三角形組成│▩,並且排列的非常整齊↟☁▩。

 

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SbSn 奈米陣列的合成過程示意圖

 

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SbSn 奈米陣列的 SEM 圖(飛納電鏡拍攝)☁☁│:俯檢視(b,c)和側檢視(d,e)

 

由於合金膠是在集流體和活性物質底部│▩,所以表徵起來有一定的困難│▩,飛鈉電鏡能譜 Mapping 測試和截面測樣功能│▩,使得這一問題得到了很好的解決↟☁▩。

 

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SbSn 奈米陣列結構的能譜面掃 Mapping 結果

 

最後│▩,感謝我們科研團隊老師和同學們的指導與幫助│▩,也非常感謝飛鈉電鏡的技術支援↟☁▩。

 

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