【摘要】 从能量密度的角度来看，由于碳质材料中单电子交换的限制，两种系统（LiB和NaBs）在负极材料的低比电荷方面都存在类似的问题。

随着发展中国家的进步，能源需求不断增长。据估计，在白天，太阳能可以提供4000万亿千瓦时，并且由于光伏（PV）技术，部分能量（∼24%）可以转化为电能。不幸的是，这种能源是间歇性的，因此需要与储能系统耦合。由于地壳中锂的丰度较低，而且价格昂贵，地壳中锂含量更高的钠可以为这种存储应用问题提供解决方案，同时降低电池的整体价格。最近，研究人员开发了一种钠离子电池（NaB）原型，能够提供90 Wh.kg−1 的比能量在 4000 次循环中具有 99% 的库仑效率，与类似的锂离子电池 （LiB） 相比，成本更低。然而，从LiB技术中获得的专有技术不能简单地转移到NaBs上。从能量密度的角度来看，由于碳质材料中单电子交换的限制，两种系统（LiB和NaBs）在负极材料的低比电荷方面都存在类似的问题。

 

Klein等[1]通过在基于 Na 的系统中加入CuS、CuO和CuCl2获得了有希望的结果。最近，二元或三元材料如 Sb2S3，将Sb或Sn与硫结合在一起，已经引起了人们的兴趣。CuSbS2，也被认为是一种很有前途的太阳能吸收剂，已经在LiB阳极中进行了测试，其中它实现了10个周期后450 mAh g−1 的比电荷。C. Marino采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能对合成的CuSbS2进行了表征。

 

样品的XRD图谱（图1a）显示出宽布拉格峰，表明结晶度低，这是使用这种合成途径生产的材料的典型特征。所有峰都可以在正交系统中进行索引。少量杂质，分配给CuS。SEM图像显示了大小为数十μm的聚集体的颗粒形态（图1b）。较小的颗粒（直径小于1μm）也是可以区分的，这表明由于合成条件，样品中的粒径分布较宽。正如预期的那样，对于高温密封管合成，SEM图像（图1c）显示了较大的颗粒，范围为10至50μm。BM和ST电极的电化学性能在2.5 V–5 mV电位窗口内循环，如图2所示。对于这两种化合物，在第一次放电期间，比电荷为1005 mAh g−1，而计算出的理论比电荷为751 mAh g−1.对于第二次放电，特定电荷降至 730 mAh g−1和大约 475 mAh g−1 分别用于 BM 和 ST。观察到的高不可逆电荷很可能是由于转化和合金化反应产生高体积变化、颗粒断裂，从而产生更高的电解质分解。与从BM方法获得的较小颗粒相比，ST合成过程中产生的较大颗粒具有更高的不可逆电荷。我们怀疑核壳反应过程阻止了以这种速率进行适当的钠化/脱钠化。库仑效率进一步证实了第一个循环的不可逆贡献，因为它从 65% 开始，BM 上升到 90%，ST 样品也观察到类似的上升（55%–78%）。

 

图1. a） 球磨（BM）和高温（ST）合成材料的XRD图谱;b） BM 和 c） ST 材料的 SEM 图像[2]

 

图2. 不同CuSbS2比电荷和库仑效率的演化[2]

 

[1] Klein F , Jache B , Bhide A ,et al.Conversion reactions for sodium-ion batteries[J].Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, 15(38):15876-15887.

[2] C. Marino, et al. CuSbS2 as a negative electrode material for sodium ion batteries. Journal of Power Sources, 2017, 342: 616-622.

 

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