盡管硫化釩(VS_x)具有可變的價態和良好的碘化/脫碘電位，但由于其結構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

德國伊爾梅瑙工業大學雷勇等報告了一種解決這些挑戰的方法，即通過制備一種用于SIB的3D-VS_x負極來實現超高倍率和超長時間的穩定儲鈉。所設計的3D-VS_x負極在2 A g^-1的高倍率下經過1500次循環后，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/循環的最佳組合性能。

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

圖2. 3D-VS_x的電化學性能

3D-VS_x通過碘化驅動的重構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）誘導大量的Na⁺存儲活性位點，促進穩定的最終高容量；

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

iii）優化和穩定的固體-電解質界面，可以適應長期循環。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動的重構反應對進一步提高SIBs的性能。

圖3. 用于SIB的3D-VS_x電極的反應機制研究

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