徐立强教授，王斌博士，Advanced Materials观点：非晶硼化物的电化学演化实现高性能的钠硫电池

第一作者：王斌

通讯作者：徐立强*

单位：山东大学

室温钠硫电池因高能量密度和低成本受到广泛关注，使其成为锂离子电池的最具潜力的替代品之一。然而，他们面临着诸如多硫化钠的溶解和动力学缓慢等挑战。引入高活性电催化剂和提高活性位点的密度是提高反应动力学的有效策略。

近日，来自山东大学的徐立强教授团队在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“In-situ electrochemical evolution of amorphous metallic borides enabling long cycling room-/subzero-temperature Sodium-sulfur batteries”的观点文章。该文章报道了一种非晶Ni-B材料，它经过电化学演化在工作中的钠硫电池中产生NiSx相，与结晶相的NiB形成对比。电化学循环促进了非晶态Ni-B和NiSx之间的界面的建立，从而提高了催化活性，提高了反应动力学。

在冰浴条件下一步反应获得无定型相Ni-B，与晶态硼化物不同，非晶态Ni-B表现出短程有序的无序网络结构，可为硫物种的转化提供更多的活性位点，从而缩短多硫化物的扩散路径。此外，材料的非晶化策略是一种引入缺陷的有效方法，其无序特性可能导致更多缺陷的产生，如阴离子空位，从而增强了对硫物种的吸附和催化效果。

在多硫化钠存在下，表面Ni原子空位的形成比内部容易，非晶态Ni-B中Ni原子空位的形成比结晶相NiB中Ni原子空位的形成更容易。这表明非晶态的Ni-B更容易发生相演化。在电池的充放电过程中，非晶态Ni-B更容易转化为NiSx，并形成一个非晶态Ni-B与NiSx共存的界面。该界面展现出更高的催化性能，加速了高电流密度和低温环境下硫物种的转化动力学。

通过原位XRD、原位拉曼、原位EIS及密度泛函理论DFT计算验证了硫转化机制。采用非晶态Ni-B制备的电池在0.2 A g⁻¹电流密度下达到了1487 mAh g⁻¹的初始比容量，并在5 A g⁻¹高电流密度下达到553 mAh g⁻¹的容量，且在1000次循环后仍保持稳定。此外，该电池在−10°C低温条件下也展现出良好的循环稳定性，并且组装的5.5 cm × 4.3 cm软包电池在高硫负载下也表现出优异性能。该研究揭示的硼化物电化学演变行为为钠硫电池中的催化策略提供了新的见解和思路。

In-situ electrochemical evolution of amorphous metallic borides enabling long cycling room-/subzero-temperature Sodium-sulfur batteries, Bin Wang, Lu Wang, Beining Guo, Yanjun Zhai, Yueyue Kong, Fengbo Wang, Zhongxin Jing, Guangmeng Qu, Muhammad Mamoor, Dedong Wang, Xiyu He, Lingtong Kong, Liqiang Xu,* Advanced Materials, 2024, 2411725.