一种高性能的钠电池负极材料—Sn4+xP3@amorphous Sn-P复合物

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世界能源的紧缺,全球日益变暖及环境污染等严峻的问题迫使人们思考如何充分利用风,太阳等可再生资源。其中,大规模的储电网络就是充分利用这些可再生资源而孕育的产物。大规模化的储能就要考虑价格成本问题,显然,价格较高的锂电池就不适合。金属钠有着和锂相似的物理、化学性质,并且其地球存储量丰富,价格便宜。因此,钠电池被视为最有可能替代锂电池的研究对象,近些年来广泛被关注。关于钠电池负极,研究者主要集中在对Ⅳ、Ⅴ主族元素的研究。尤其,对能与钠形成合金的Sn、P、Sb和Pd等元素的研究较为突出,因为这些材料有着较高的理论容量。但是,这些元素在与钠形成合金时有着巨大的体积变化,引起电极产生裂纹,电极材料接触不好,导致容量衰减很快。为解决这一问题,目前主要有两种方法:一是制备纳米结构的这些材料来达到较为满意的电化学性能,但是为得到纳米材料所用的合成方法一般较繁琐且不能大量生产;二是制备这些元素与碳的复合材料,但是为了得到较好的电化学性能往往加入大量的碳,这样就降低了电池的体积能量密度同时也增加电池的成本。广大的电池研究者正在努力寻找一种具有优异的电化学性能并可以大规模生产的钠电池负极材料。

澳大利亚卧龙岗大学(University of Wollongong)超导与电子材料研究所侴术雷(Shulei Chou)博士带领的研究小组报道了一种有前景的钠电池负极材料—非晶的Sn-P 包裹的Sn4+xP3(Sn4+xP3@ amorphous Sn-P)复合物。他们采用简单、节能的低能球磨方法制备出核壳结构的Sn4+xP3@ amorphous Sn-P复合物。这种复合物作为钠电池的负极材料表现出优异的电化学性能:1)较高的容量(在充放电电流密度为100 mA/g的情况下比容量为500 mAh/g);(2)长的循环寿命(92.6% 的容量保持率在循环100 周后);(3)优异的倍率性能(10C的倍率下能输出165mAh/g的容量)。所用的原材料-Sn, P, 都是便宜,无毒的。而且,所用的合成方法是一种节能、简单易行的低能球磨。综上所述,这些特点使得这种材料可以大规模生成,并有很大的潜力成为钠离子电池负极材料并被应用在大规模的储电网上。