Small:氮掺杂碳包覆的柳叶状ZnSe用作高性能钠离子和钾离子二次电池负极材料

钠离子和钾离子二次电池凭借钠和钾资源丰富,分布区域广,物理化学性质与锂相似等诸多优势,被认为是未来有望取代储量有限、价格高昂的锂离子二次电池的新型理想二次电池。然而,其在充放电过程中明显的体积膨胀效应会引起电极材料结构粉化与团聚,导致电池倍率性能和循环寿命不能满足实际需求。

针对上述问题,山东大学徐立强教授和烟台大学姜付义教授团队董才富博士在锌基金属化合物的微纳结构与性能调控方面开展了系统和深入的研究。通过温和的溶剂热与后续硒化处理相结合的策略可控合成了氮掺杂碳包覆的柳叶状ZnSe(ZnSe@NC)。特别是所得材料在作为钠离子电池负极材料时,表现出了突出的倍率性能(0.1 A g−1和10 A g−1的电流密度下,其可逆比容量分别为440.3和 144.4 mAh g−1)和超长的循环寿命(8 A g−1的电流密度下,经过3200次循环后,可逆比容量仍可保持在242.2 mAh g−1)。在作为钾离子电池负极材料时,同样表现出了很好的循环稳定性,在0.2 A g−1的电流密度下,经过1500次循环后,可其逆比容量仍可达71.4 mAh g−1。作者利用恒电流间歇滴定技术(GITT),不同扫速的循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等电化学手段对其突出的电化学性能进行了动力学解析,结果表明,高的赝电容贡献、低的反应阻抗和电荷传递阻抗是材料表现出优异性能的重要原因。此外,作者还通过非原位XRD和HRTEM分析相结合的方法对其充放电机理进行了深入的探究。相关论文在线发表在国际著名期刊Small上 (Willow-Leaf-Like ZnSe@N-Doped Carbon Nanoarchitecture as a Stable and High-Performance Anode Material for Sodium-Ion and Potassium-Ion Batteries,Small, 2020, 2004580;Small: IF = 11.459)。(DOI: 10.1002/smll.202004580)

上述有关ZnSe电极材料的可控制备、动力学分析及机理研究等有望为系列新型高性能钠离子和钾离子电池电极材料的研发提供较重要的实验数据参考和技术支持。

烟台大学讲师董才富博士是该论文的第一作者,山东大学徐立强教授和烟台大学姜付义教授为共同通讯作者。感谢国家自然科学基金和省部级基金的支持;同时感谢钱逸泰院士团队和烟台大学环境与材料科学工程学院为我们的研究提供的支持。