第一作者：Felix Hartmann
通讯作者：Wolfgang Bensch
通讯单位：德国基尔大学
论文DOI：10.1002/adma.202101576
可充电电池是现代社会电能存储（EES）的重要组成部分，因为在过去的二三十年中，技术需求迅速增长。其中，钠离子电池（SIBs）在过去的几年里受到了极大的关注，因为钠的丰度很高，理论能量密度很高。在各种研究用于SIBs的阳极材料中，过渡金属硫化物（TMSs）因其丰富、低成本和高理论容量而引起高度关注。在TMSs的电化学储钠过程中，金属阳离子被还原成嵌在Na2S矩阵中的金属纳米颗粒。然而，转化反应伴随着大的体积变化，导致集流体的接触损失，经常导致差的循环能力。三元TMSs在SIBs中表现出良好的性能，详细揭示其储钠机制对提升循环稳定性和基于TMSs的SIBs性能至关重要。有鉴于此，德国基尔大学Wolfgang Bensch团队基于XRD、对分布函数、X射线吸收光谱技术，在NiCr2S4吸收Na的开始阶段，发现了一种非常规的Ni挤出、Na插入机制，即Ni2+可逆地从空位层中挤出/插入，然后通过氧化还原过程形成fcc-Ni和NaCrS2纳米晶。相关成果发表在国际期刊Advanced Materials上。
NiCr2S4初始放电容量为900 mAh g-1（≈9.8 Na/NiCr2S4），第一次充电过程获得了647 mAh g-1（≈7.0 Na/NiCr2S4）的容量，这约28%的容量损失源于化学副反应和固体电解质界面的形成，之后，电极容量保持率保持稳定。经过高速率测试，当电流密度降低到初始值0.1 A g-1，其速率能力测试仅损失5%。因此，NiCr2S4在高电流和低电流速率之间表现出极好的可逆性。
在第一个放电过程中，电势由3 V vs. Na/Na+下降到0.3 V vs. Na/Na+，NiCr2S4摄取2个Na，形成纳米Ni0并在内部生成NaCrS2；当电势继续下降到0.1 V vs. Na/Na+，存储6个Na，形成由纳米Ni0、无定型Cr0和Na2S矩阵组成的混合物。在第一个充电过程中，电势逐渐上升到3 V vs. Na/Na+，上述混合物脱出7个Na，最终生成纳米Ni0和无定型的NixS、CrxS。PXRD、对分布函数和X射线吸收光谱等技术提供了相关的证据。
根据CV曲线，计算得到的b值和扩散控制/电容占比表明，NiCr2S4的嵌钠/脱钠过程中电容贡献占据主导地位。在0.5 A g-1和2.0 A g-1电流密度下，分别循环1200次和3000次，电化学容量和库伦效率几乎没有出现下降。
https://doi.org/10.1002/adma.202101576
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