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中科大余彥ACS Nano: 通過與Fe合金化調(diào)控Ni的電子結(jié)構(gòu)，用于Na-S電池高動力學(xué)硫正極

室溫Na-S電池的緩慢轉(zhuǎn)換動力學(xué)和嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)導(dǎo)致了一些棘手的問題，如倍率性能差、容量衰減快以及庫侖效率低等，這嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用。

因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的電催化劑用于吸附可溶性長鏈多硫化鈉（NaPSs）并加速NaPSs的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。

在此，中科大余彥教授等人成功設(shè)計并制備了具有高效催化能力的FeNi₃ @HC 作為高性能室溫Na-S電池的硫主體。DFT 計算表明，將Ni與Fe合金化可以調(diào)控電子結(jié)構(gòu)并增強(qiáng) NaPSs 催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)。

中空多孔碳基質(zhì)可以提供增強(qiáng)的電子導(dǎo)電性和足夠的緩沖空間以適應(yīng)硫物質(zhì)的體積膨脹，此外，F(xiàn)eNi₃合金納米粒子不僅可以吸附可溶性NaPSs，還可以加速從可溶性長鏈NaPSs 到不溶性 Na₂S產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化動力學(xué)。

圖1. FeNi₃@HC的制備過程及表征

因此，S-FeNi₃@HC 正極顯示出快速的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)，具有出色的倍率容量（即使在5 A g^-1下仍為383 mAh g^-1）、出色的可逆容量（2 A g^-1下循環(huán)500次后為591 mAh g^-1）和容量保持率（每個循環(huán)損失0.070%）。

這表明 FeNi₃@HC主體不僅可以抑制穿梭效應(yīng)，還可以加速NaPSs轉(zhuǎn)化。因此，這種對電子結(jié)構(gòu)調(diào)控策略的深入理解為室溫Na-S 電池高效催化劑的設(shè)計提供了指導(dǎo)。

圖2. S@FeNi₃ @HC正極的電化學(xué)性能

Manipulating the Electronic Structure of Nickel via Alloying with Iron: Toward High-Kinetics Sulfur Cathode for Na–S Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05778

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中科大余彥ACS Nano: 通過與Fe合金化調(diào)控Ni的電子結(jié)構(gòu)，用于Na-S電池高動力學(xué)硫正極

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