鎂離子電池納米結構SnSb合金電極，強化鎂離子可逆化存取

自2014年初波音夢想航班鋰電池起火一事，我們便開始忌憚鋰離子電池的基本安全性了。隨即我們便將目光投向鎂離子電池。

鎂基電化學可充電電池憑借其獨特的特性及優勢，表現出超常的動態和靜態能量儲存能力，引起了廣泛的關注。鋰極容易被空氣氧化，可用性不足，相對而言鎂則更安全，且地殼中資源非常豐富。更重要的是鎂的電沉積通常不會形成樹枝狀結構，并且在合適的電解液中，庫倫效率接近100%，這與鋰和鈉的電化學行為形成巨大的差異。如此優越的特性表明二價鎂離子作為載荷子既廉價，又安全，而且還有著高能量密度，可作為下一代電池體系的合適選材。

然而，制造合適耐久的鎂離子電池電極依然是一個不小的挑戰。最近能源部太平洋西北國家實驗室的專家們發現，SnSb合金有望解決鎂離子電池的現存問題。該合金作為鎂離子電池電極材料能夠提供理論上768mAh-1g-1的電容量。研究者們在透射電鏡下觀察該合金，考察其內部機制，找尋電極制作的合適途徑，以便提升續航能力。

以下是圖文詳解：

圖一：原始SnSb，磁化SnSb和去磁化SnSb?X射線衍射圖樣

圖二：透射電鏡圖。A）原始SnSb，B）磁化SnSb和 C）去磁化SnSb。

圖三：0.4M APC SnSb合金電化學數據A）原始CV掃描數據（0.05 mV s ?1 ）顯示氧化還原峰增加B）三輪充放電循環后表現出極化效應（?80 mV vs Mg, 50 mA g ?1 ）。

圖四：磁化（A–E）和去磁化（F–I）電極STEM特征描述。A,F）EDS光譜采集前微粒STEM圖；B,G）STEM圖紅色框部分同一時刻探測強度圖譜；C–E,H,I）鎂（C,H），錫（D,I, 黃色部分），銻（E,I, 紅色部分）EDS基本強度圖。（I）中錫銻EDS圖已覆蓋，以此強調（H）圖中鎂元素區與相分離區之間的聯系。鎂元素圖用藍色標示，深藍色表示低強度，淺藍色表示高強度。

圖五：SnSb粒子與鎂離子電化學反應機制。原始SnSb粒子在電化學過程中破裂、相分離，活性SnSb合金可逆鎂離子存儲。

圖六：去磁化Mg2Sn和Mg2Sn/Mg3Sb2合金DFT協同性。A）去磁化Mg2Sn電壓值（內嵌圖表示關聯性結構轉變）；B）Mg2Sn/Mg3Sb2富錫區去磁化使富錫副體系變得有序。錫，鎂，銻原子分別以灰色、綠色和金色表示。

圖七：鎂的加入和提取對SnSb和Sn電化學行為的影響對比：A）0.05 mVs?1時電壓圖；B）50 mAg?1時充放電電壓?; C）不同電流密度（mAg?1）時SnSb特定電容量；D）500 mAg?1時SnSb循環穩定性。

圖八：A）充放電對比(第二輪循環, C/10級)；B）陽極SnSb材料和陰極Mo6S8材料集成電池循環穩定性對比。電池A電解液采用0.5 M二甘醇二甲醚Mg(N(SO 2 CF 3 ) 2 ) 2，電池B電解液采用0.4 M APC。

小結

該研究為合金合成及對能源技術有益的完全不同結構的相分離材料制作提供了重要的信息。

材料牛編輯小雨整理。