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?中科院唐永炳AFM: 可充電鈉/鉀電中金屬硫化物的儲(chǔ)能機(jī)理、挑戰(zhàn)及設(shè)計(jì)策略

鈉/鉀儲(chǔ)量豐富且成本低，可充電鈉/鉀離子電池（SIBs/PIBs）已成為商業(yè)鋰離子電池的有前途的替代品。至于關(guān)鍵的負(fù)極材料，金屬硫化物 (MSx) 由于 SIBs/PIBs 應(yīng)用的眾多氧化還原存儲(chǔ)機(jī)制而表現(xiàn)出令人鼓舞的潛力。盡管如此，它們?nèi)匀幻媾R著幾個(gè)瓶頸，如低電導(dǎo)率、差的離子擴(kuò)散性、緩慢的界面/表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和嚴(yán)重的體積膨脹，這些都明顯限制了電池的性能。同時(shí)，很少有詳細(xì)闡述對(duì)SIB/PIB的MSx 設(shè)計(jì)策略的系統(tǒng)見(jiàn)解。

在這篇綜述中，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳研究員等人闡述了用于 SIBs/PIBs 的MSx的儲(chǔ)能機(jī)制、挑戰(zhàn)和設(shè)計(jì)策略，以解決上述困境。

圖1 MSx堿金屬離子存儲(chǔ)的電荷存儲(chǔ)機(jī)制

這篇綜述總結(jié)了用于SIB和PIB的MSx的能量存儲(chǔ)機(jī)制、挑戰(zhàn)和設(shè)計(jì)策略。首先，闡述了MSx對(duì)SIBs和PIBs的儲(chǔ)能機(jī)制和挑戰(zhàn)。然后，從形態(tài)修飾（1D 納米材料、2D 納米片和 3D 納米結(jié)構(gòu)）、原子級(jí)工程（雜原子摻雜、空位產(chǎn)生和層間距擴(kuò)展）和 MSx復(fù)合材料（MSx異質(zhì)結(jié)構(gòu)、MSx/金屬氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)、MSx/碳質(zhì)材料和MSx/石墨材料）以提高電池性能。最后，展望并提出了用于鈉/鉀離子電池的MSx的剩余挑戰(zhàn)和進(jìn)一步趨勢(shì)。

圖2 用于增強(qiáng)電池性能的MSx設(shè)計(jì)策略

圖3 SIB 和 PIB 策略概述

Energy Storage Mechanism, Challenge and Design Strategies of Metal Sulfides for Rechargeable Sodium/Potassium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials. 2021. DOI: 10.1002/adfm.202103912

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