新型儲能電池研發(fā)對加快實現(xiàn)我國碳達(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)文生和田成祥團隊在下一代新型儲能電池—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Top期刊Applied Surface Science(影響因子7.4)，題目為Three-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，被廣泛應(yīng)用于各種電子、電動汽車等領(lǐng)域。然而，由于其較高的成本和資源，因此需要開發(fā)新的儲能技術(shù)以替代鋰離子電池。近年來，鈉離子電池以其低廉的成本和豐富的資源受到越來越多的關(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)極材料是實現(xiàn)高性能的主要限制，因此具有高鈉存儲容量的過渡金屬硒化物是目前的研究熱點。結(jié)合層狀結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)在儲能材料中具有巨大的潛力，我們通過一步溶膠凝膠結(jié)合簡單熱硒化，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)測試和理論計算用于研究鈉存儲特性以及潛在機制，理論計算結(jié)果表明，MoSe2/NiSe異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅提高了對鈉原子的吸附，降低了鈉離子的擴散勢壘，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，加速了鈉離子的擴散以及增強了結(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)異的鈉存儲性能，例如增強的鈉存儲容量和倍率性能，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。這項工作充分表明，異質(zhì)結(jié)材料可以擴展到其他領(lǐng)域，這有助于開發(fā)用于快速動力學(xué)和長循環(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