盡管硫化釩(VS_x)具有可變的價態(tài)和良好的碘化/脫碘電位，但由于其結(jié)構(gòu)變形體積膨脹和粉化，作為鈉離子電池(SIBs)的負極材料，其容量下降和低循環(huán)能力受到阻礙。

圖1. 3D-VS_x的制備及形貌

德國伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)雷勇等報告了一種解決這些挑戰(zhàn)的方法，即通過制備一種用于SIB的3D-VS_x負極來實現(xiàn)超高倍率和超長時間的穩(wěn)定儲鈉。所設(shè)計的3D-VS_x負極在2 A g^-1的高倍率下經(jīng)過1500次循環(huán)后，提供了961.4 mAh g^-1的可逆容量，這使得這項工作成為迄今為止報告的容量/循環(huán)的最佳組合性能。

此外，作者通過表面現(xiàn)象和電化學(xué)反應(yīng)研究，闡明了鈉化驅(qū)動的3D-VS_x重構(gòu)的機制和重要性，這在硫化釩負極中以前沒有報道過。研究發(fā)現(xiàn)，Na⁺的插入/脫出行為是部分不可逆的，這也是鈉化驅(qū)動重構(gòu)的主要原因。

圖2. 3D-VS_x的電化學(xué)性能

3D-VS_x通過碘化驅(qū)動的重構(gòu)來增加活性位點和緩解體積變化，顯示了鈉離子存儲的獨特特性：

i）誘導(dǎo)大量的Na⁺存儲活性位點，促進穩(wěn)定的最終高容量；

ii）具有更大空隙空間的自重構(gòu)開放納米結(jié)構(gòu)（微納米片至微納顆粒），以承受重復(fù)體積變化和3D VS_x的納米級擴散長度；

iii）優(yōu)化和穩(wěn)定的固體-電解質(zhì)界面，可以適應(yīng)長期循環(huán)。此外，通過密度泛函理論（DFT）計算得出Na⁺的吸附能和擴散能壘，表明3D-VS_x電極更有利于Na⁺在晶格層內(nèi)擴散，從而提高電池容量。

這項工作提出了一種制備超高比容量和倍率容量電極材料的一般方法，同時也讓人們清楚地認識到鈉化驅(qū)動的重構(gòu)反應(yīng)對進一步提高SIBs的性能。

圖3. 用于SIB的3D-VS_x電極的反應(yīng)機制研究

Ultrahigh-Rate and Ultralong-Duration Sodium Storage Enabled by Sodiation-Driven Reconfiguration. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204324