Натрий‑ионные аккумуляторы, обладающие высокой безопасностью и низкой стоимостью, обещают найти применение в масштабном хранении энергии для интеллектуальных электросетей. SnS2 как анодный материал для натрий‑ионных батарей характеризуется высокой теоретической удельной емкостью; однако его первичная кулоновская эффективность остается низкой, что существенно ограничивает его практическое использование. В последнее время… Пико Фемто ®Электрический зонд для проведения экспериментов in situ (держатель STM‑TEM) способствовал тому, что сотрудники Школы окружающей среды и энергетики Южно‑китайского технологического университета, профессор Лю Мэйлин из Технологического института Джорджии (США) и профессор Ян Чэнхао из Южно‑китайского технологического университета (ответственный автор) вновь добились прорыва в исследовании анодных материалов на основе олова для натрий‑ионных аккумуляторов. Соответствующие результаты были опубликованы в международном журнале ACS NANO под названием «Fabrication of SnS2/Mn2SnS4/Carbon Heterostructures for Sodium-Ion Batteries with High Initial Coulombic Efficiency and Cycling Stability» (DOI: 10.1021/acsnano.9b00375).

Исследователи с помощью простого и доступного мокрого химического метода получили гетероструктуру SnS2/Mn2SnS4/углерод (SMS/C NBs), которая была использована в качестве анодного материала для натрий‑ионных аккумуляторов. Тестирование показало, что SMS/C NBs обладает начальной емкостью 841,2 мА·ч/г и первичным кулоновским КПД, достигающим 90,8%. Кроме того, материал демонстрирует превосходные характеристики скоростной способности: при плотностях тока 0,1, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0 и 10,0 А/г емкость составляет соответственно 752,3, 604,7, 570,1, 546,9, 519,7 и 488,7 мА·ч/г. Вдобавок он характеризуется хорошей циклической стабильностью: при плотности тока 5,0 А/г после 500 циклов его емкость сохраняется на уровне 522,5 мА·ч/г.

Использование Пико Фемто ®Держатель STM‑TEM: исследователи фиксировали SMS/C и Na@Na2O на наконечниках игл из Au и W, используя их в качестве электродов для сборки миниатюрных батарей; при этом они изучали микроскопические изменения электродных материалов в ходе процессов содиации и десодиации, чтобы выяснить механизм их выдающихся электрохимических свойств. Было установлено, что после приложения тока в течение примерно 2 минут объёмный коэффициент расширения анодного материала SMS/C остаётся относительно невелик, что свидетельствует о том, что введение марганца заметно препятствует укрупнению наночастиц Sn. Кроме того, после процесса десодиации объём анодного материала практически восстанавливается до исходных размеров. Пико Фемто ® Стандартный зонд для исследования образцов в условиях in situ обеспечивает мощную поддержку наглядного и оперативного изучения этого обратимого процесса. Кроме того, совместив теоретические расчёты методом DFT с экспериментальной характеристикой методом in situ‑XRD, исследователи установили, что гетероструктура SnS2/Mn2SnS4 является ключевым фактором высоких электрохимических свойств анодного материала SMS/C NBs. Гетерограничная поверхность SnS2/Mn2SnS4 стабилизирует промежуточные продукты реакции, препятствует росту наноразмерных частиц Sn0, обеспечивая обратимость аллолитического превращения; это, в свою очередь, приводит к повышенной первичной кулоновской эффективности и циклической стабильности. Кроме того, совместное действие гетероструктуры SMS и углеродной сетки создаёт эффективные пути для транспорта электронов и натриевых ионов, что улучшает кинетические характеристики при различных токах.

Ссылка на оригинал: https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsnano.9b00375