新型儲(chǔ)能電池研發(fā)對(duì)加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)具有重大意義。近日，我校碳中和新能源研究院嚴(yán)文生和田成祥團(tuán)隊(duì)在下一代新型儲(chǔ)能電池—鈉離子電池領(lǐng)域取得了階段性進(jìn)展。相關(guān)研究成果以杭州電子科技大學(xué)為第一單位，發(fā)表在能源類(lèi)Top期刊Applied Surface Science(影響因子7.4)，題目為T(mén)hree-dimensional flower spheres MoSe2/NiSe heterostructure with fast kinetic and stable structure for durable sodium-ion storage，論文第一作者為青年教師田成祥，嚴(yán)文生教授和Lu Li教授為共同通訊作者。
鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。然而，由于其較高的成本和資源，因此需要開(kāi)發(fā)新的儲(chǔ)能技術(shù)以替代鋰離子電池。近年來(lái)，鈉離子電池以其低廉的成本和豐富的資源受到越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是最有前途的下一代電池技術(shù)。然而，充放電過(guò)程中大的體積變化大，快速的容量衰減，較差的倍率性能等缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用。由于鈉離子電池負(fù)極材料是實(shí)現(xiàn)高性能的主要限制，因此具有高鈉存儲(chǔ)容量的過(guò)渡金屬硒化物是目前的研究熱點(diǎn)。結(jié)合層狀結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)在儲(chǔ)能材料中具有巨大的潛力，我們通過(guò)一步溶膠凝膠結(jié)合簡(jiǎn)單熱硒化，成功地合成了具有三維結(jié)構(gòu)的NiSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖1 MoSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)以及MoSe2的制備流程圖
電化學(xué)測(cè)試和理論計(jì)算用于研究鈉存儲(chǔ)特性以及潛在機(jī)制，理論計(jì)算結(jié)果表明，MoSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅提高了對(duì)鈉原子的吸附，降低了鈉離子的擴(kuò)散勢(shì)壘，而且促進(jìn)了電子在界面上的轉(zhuǎn)移，從而提高了三維結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率，加速了鈉離子的擴(kuò)散以及增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。進(jìn)一步，MoSe2和NiSe的異質(zhì)界面顯著提高了電子電導(dǎo)率加速了電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提高了贗電容貢獻(xiàn)。因此，所制備的MoSe2/NiSe納米粒子表現(xiàn)出優(yōu)異的鈉存儲(chǔ)性能，例如增強(qiáng)的鈉存儲(chǔ)容量和倍率性能，以及在超高電流密度下的出色循環(huán)穩(wěn)定性，如圖2所示。
圖2 MoSe2，NiSe和MoSe2/NiSe的（a）倍率性能（b）小電流循環(huán)性能和（c）大電流循環(huán)性能
進(jìn)一步，使用MoSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)材料組裝的全電池（MoSe2/NiSe‖Na3V2(PO4)3/C）也表現(xiàn)出了較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，在1 A g-1下進(jìn)行200次循環(huán)后，容量仍然有168 mAh g-1，如圖3所示。這項(xiàng)工作充分表明，異質(zhì)結(jié)材料可以擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，這有助于開(kāi)發(fā)用于快速動(dòng)力學(xué)和長(zhǎng)循環(huán)壽命的鈉離子電池。
圖3 （a）MoSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)材料組裝的全電池的示意圖，（b）全電池在1.0 A g-1條件下的循環(huán)性能
