伪层状硫化物NiCr₂S₄作为钠离子电池负极材料具有优异的电化学性能。

近日，德国基尔大学Wolfgang Bensch报道了利用同步辐射X射线散射和吸收技术以及电化学测试研究了NiCr₂S₄负极材料的储钠机理。

文章要点

1）实验结果显示，在电位窗口3.0-0.1 V下，电流密度为2.0 A g⁻¹时，第500次循环具有489mAh g⁻¹的高可逆容量。完全放电后不可逆形成了嵌入纳米晶体Na₂S中的Ni⁰和Cr⁰纳米粒子，从而缩短扩散长度和主要由表面控制的电荷存储。而在充电过程中，Ni⁰和Cr⁰被氧化，Na₂S被消耗，形成非晶Ni和Cr硫化物。

2）将电位窗口限制在3.0-0.3 V后，研究人员发现了一种不寻常的镍挤压钠插入机制：Ni²⁺被还原到纳米尺寸的Ni⁰畴，从宿主晶格中排出，并被Na⁺阳离子取代，形成类似NaCrS₂的O3型结构。令人惊讶的是，放电和充电过程主要是Na⁺在高结晶的NiCr₂S₄和NaCrS₂之间穿梭，从而使其在3000次循环中具有出色的长循环稳定性。

研究结果不仅为转化材料的电化学研究提供了有价值的见解，而且拓展了层状电极材料的应用范围，将可逆镍挤出钠插入反应作为SIBs的新概念。

参考文献

Felix Hartmann, et al, Superior Sodium Storage Properties in the Anode Material NiCr₂S₄ for Sodium-Ion Batteries: An X-ray Diffraction, Pair Distribution Function, and X-ray Absorption Study Reveals a Conversion Mechanism via Nickel Extrusion, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202101576

https://doi.org/10.1002/adma.202101576