Small:钠电池负极材料–二元过渡金属硒化物的通用合成

钠离子电池(SIBs)作为新型的储能设备,具有成本低、金属钠储量丰富等优点,是大规模电网应用的重要潜在选择。目前,开发性能优异的电池负极材料对于促进SIBs的商业化具有重要的意义。一般地,优异的负极材料应该能够提供高能量容量、长循环寿命和低氧化还原电位。以往的研究表明,过渡金属硫族化合物(TMCs)具有较高的能量存储能力;但该类材料容易发生体积膨胀过大导致电极劣化,因此电池的循环寿命过短。此外,TMCs导电性差,具有较低的速率能力。AB2X4尖晶石结构的二元过渡金属硫族化合物(其中A、B为过渡金属,X为硫族元素)具有强的本征导电性和比一元过渡金属硫化物更大的晶体结构。此外,目前二元过渡金属硒化物的合成具有形貌难以控制、合成方法复杂的问题。基于以上背景,侯仰龙教授课题组认为介孔二元过渡金属硒化物结构是一种很有前景的钠离子电池负极材料,并且开发了一种简单、可扩展和通用的合成方法。

北京大学侯仰龙教授课题组开发了一种简便且通用的策略,实现了不同组分二元过渡金属硒化物纳米结构的制备。具体地,该合成方法以金属硫酸盐为前驱体,采用常温搅拌-热解硒化的方法制备了8种二元过渡金属硒化物。此外,通过简单的参数调控可以实现最终产品的表面积和形貌控制。优化后的二元过渡金属硒化物具有足够高的能量容量、优异的速率能力和非凡的稳定寿命(甚至可以达2600个循环周期)。此外,通过原位表征方法研究了电池充放电过程中钠离子的存储机理。

这项研究工作发表在《Small》杂志上(DOI:10.1002/smll.201901995)。