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過渡金屬硫化物已被認為是高能鈉離子電池的候選負極。然而，它們的應用受到低電荷存儲或巨大體積變化以及緩慢反應動力學的嚴重阻礙。

在此，河南大學白瑩、閆冬等人基于銅基硫化物提出了一種有效的協同摻錫-鋅替代策略。首先，通過引入合金基Sn元素，硫化銅的Na離子存儲能力顯著提高。然而，由于高鈉離子吸收，該過程伴隨著結構穩定性的犧牲。隨后，為了保持高的鈉離子存儲容量，同時提高循環和速率能力，進行了Zn取代策略（取部分Sn位點），這可以顯著促進鈉離子的擴散/反應動力學，并減輕晶體框架內的機械應變應力。

Sn的協同摻入和Zn的取代使銅基硫化物具有高比容量（在0.5 A g^-1下為~560mAh g^-1）、超穩定的可循環性（80次循環，容量保持率為~100%）、高達200 A g^-1的優異倍率能力和超快充電特性（在約190 mAh g^-1輸入下每次充電約4s）。

圖1. CS、CTS和ZCTS的循環性能

總之，本工作提出了一種協同摻錫-鋅替代方法，成功地開發出了具有超穩定循環能力、高比容量和顯著快速充電性能的優異銅基硫化物。研究表明通過摻錫在銅基硫化物中引入額外的Na-Sn合金化反應，大大提高了其鈉離子存儲能力。

鋅取代后銅基硫化物的電導率提高，電化學動力學增強，機械應變應力減輕（取部分Sn位）,有助于ZCTS在不犧牲其高比容量的情況下具有優異的循環和倍率性能。此外，摻錫-鋅取代是高度可控的，并且基于低成本的資源，這有助于其在實際應用中的高潛力。

圖2. .基于ZCTS負極和Na₃V₂ (PO₄) ₃ /C正極的全電池原理圖

Synergetic Sn Incorporation-Zn Substitution in Copper-Based Sulfides Enabling Superior Na-Ion Storage, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305957

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白瑩/閆冬AM：銅基硫化物中Sn與Zn的協同取代實現優異的鈉離子存儲

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