中南大学在过渡金属二硒化物钠离子电池负极材料领域取得新进展

近日，中南大学纪效波教授课题组在提高过渡金属二硒化物的结构稳定性，拓宽其工作电压，优化其储钠性能方面取得新进展，相关研究成果“Composition Engineering Boosts Voltage Windows for Advanced Sodium Ion Batteries”发表于国际知名期刊ACS Nano(IF=13.903, DOI: 10.1021/acsnano.9b05614)上，纪效波教授为该论文的通讯作者，2017级硕士研究生姜云玲为该论文的第一作者。

过渡金属硫族化合物（TMCs）因其理论容量高、安全性好、制备简单等优点，被认为是最具前景的钠离子电池负极材料之一，引起了能量储存领域研究者的广泛关注。近年来，随着醚基电解液的引入，过渡金属硫族化合物的循环及倍率性能都得到了有效改善。然而，对于过渡金属二硒化物，研究者通常将电压窗缩短至0.5-3.0 V来缓解其在转化反应中的体积变化及副反应的影响，从而获得较好的电化学性能，该方法会大量牺牲电池负极的低电压容量，应用于全电池时，能量密度会大大降低，不利于该类材料的未来应用。

为解决该问题，该团队提出利用基于金属离子掺杂的成分调整策略，改善过渡金属二硒化物的结构稳定性及循环过程中的结构完整性，从而拓宽其工作电压的方法，使过渡金属二硒化物能在更宽的工作电压下获得更好的电化学性能。该研究以系列双金属沸石咪唑类金属有机框架化合物（BM-ZIFs）为原料，经过连续的碳化和硒化反应，得到了富氮碳包覆含不同金属离子掺杂的系列钴基二硒化物(CoM-Se2@NC, M=Ni, Cu, Zn)。电化学测试结果表明，在0.01-3.0 V的电压窗口下，未掺杂样品CoSe2@NC在循环初期就会发生明显衰减，相比之下，掺杂后的样品表现出更优异的循环稳定性。另外，循环后的SEM图显示在大电流循环过程中，掺杂后的样品具有更高结构完整性，进一步证明，适量的过渡金属离子掺杂可以通过改善过渡金属二硒化物的结构稳定性及完整性，有效拓宽其工作电压窗口，提高其在更宽的电压区间内的循环稳定性。该方法为优化过渡金属二硒化物的电化学性能提供了可行途径。

来源 中南大学

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b05614

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