Alloying boosting superior sodium storage performance in nanoporous tin-antimony alloy anode for sodium ion batteries

材料科学 阳极 纳米孔 合金 电化学 无定形固体 化学工程 冶金 纳米技术 结晶学 电极 工程类 物理化学 化学
作者
Wensheng Ma,Kuibo Yin,Hui Gao,Jiazheng Niu,Zhangquan Peng,Zhonghua Zhang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:54: 349-359 被引量:96
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.10.027
摘要

Developing advanced electrode materials and understanding their reaction mechanisms are two crucial issues for development of high-performance sodium ion batteries (SIBs). Herein, we synthesized a bimetallic single-phase nanoporous (NP) SnSb alloy with a bicontinuous ligament-channel structure through elaborate design of ternary Mg-Sn-Sb precursor and chemical dealloying. As an anode for SIBs, the NP-SnSb alloy delivers high specific capacity, excellent cycling stability (506.6 mAh g−1 after 100 cycles at 0.2 A g−1; 457.9 mAh g−1 after 150 cycles at 1.0 A g−1) and superior rate capability (458.2 mAh g−1 at 10 A g−1). Moreover, the Na3V2(PO4)3 (cathode)/NP-SnSb (anode) full cell also exhibits outstanding electrochemical performance (cycling stability and rate capability). The unique nanoporous structure (with ligaments of 38.9 ± 7.3 nm), the alloying effect and the synergetic reaction of Sn/Sb account for the eminent electrochemical properties of NP-SnSb. Most importantly, the Na storage mechanism of SnSb alloy was revealed using operando X-ray diffraction and density functional theory calculations. Rather than separate reactions of Sn and Sb, the reaction of SnSb alloy proceeds through a synergetic sodiation/desodiation process via the mechanism: SnSb (crystalline) ↔ Na(Sn,Sb) (amorphous) ↔ Na9(Sn,Sb)4 (amorphous/low-crystalline) ↔ Na15(Sn,Sb)4 (crystalline).
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