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华算科技 2025-03-04 20:40:26

金属硒化物因其优异的电子导电性和高理论容量,在钠离子电池(SIBs)中作为替代负极材料具有显著优势,然而其面临着严峻挑战,例如严重的多硒化钠穿梭效应和缓慢的钠离子扩散动力学。

在此,东北师范大学吴兴隆,广州大学牛利、孙中辉等人功制备了富含硒空位的NiCoFeMnCr/CNTs(HE-MSe/CNTs)。该材料对Na₂Se₂和Na₂Se₄等穿梭化合物具有更强的吸附能,有效限制了多硒化物的溶解,同时改善了钠离子的扩散动力学以及NaxHE-MSe/CNTs吸附相的结构热力学。

结果表明,HE-MSe/CNTs实现了高度可逆的钠储存过程,包括插层和转化反应机制。这使其在5 A g⁻¹高电流密度下表现出400.4 mAh g⁻¹的优异倍率性能,并在1 A g⁻¹条件下经过1000次循环后仍保持90%的容量稳定性。

图1. HE-MSe/CNTs的结构表征

总之,该工作通过超快微波方法合成均匀混合且熵稳定的超细HE-MSe颗粒,并将其在碳纳米管(CNTs)上锚固成核,从而克服了多种金属元素不相容性的限制。XPS和XAFS分析表明,铁(Fe)和锰(Mn)向镍(Ni)和钴(Co)的电子转移可以削弱M─Se键。

理论和实验研究表明,高熵工程与多尺度双功能硒缺陷的协同效应实现了对钠离子存储活性位点、缓慢反应动力学、体积应变效应以及严重多硒化物穿梭效应的综合调控,从而显著提升了金属硒化物电极的储存容量。

基于此,HE-MSe/CNTs电极在钠离子电池(SIBs)中表现出卓越的循环性能,在1 A g⁻¹下经过1000次循环后仍能保持454.3 mAh g⁻¹的高容量。因此,该工作为构建具有一维纳米管结构、丰富硒空位且同时保持高效电化学性能的高熵材料提供了新思路,为钠离子电池的发展提供了重要指导。

图2. 电池性能

60‐Second Preparation of High‐Entropy Selenides: Suppressing Polyselenides Shuttling for Long‐Cycle‐Life Sodium‐Ion Batteries,Advanced Functional Materials2024 DOI: 10.1002/adfm.202421504

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