新型儲能電池研發對加快實現我國碳達峰、碳中和戰略目標具有重大意義。近日，我校碳中和新能源研究院嚴文生和田成祥團隊在下一代新型儲能電池—鈉離子電池領域取得了階段性進展。相關研究成果以杭州電子科技大學為第一單位，發表在能源類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、循環穩定性好等優點，被廣泛應用于各種電子、電動汽車等領域。然而，由于其較高的成本和資源，因此需要開發新的儲能技術以替代鋰離子電池。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注，被認為是最有前途的下一代電池技術。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重限制了鈉離子電池的商業化應用。由于鈉離子電池負極材料是實現高性能的主要限制，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。結合層狀結構異質結在儲能材料中具有巨大的潛力，我們通過一步溶膠凝膠結合簡單熱硒化，成功地合成了具有三維結構的NiSe2/NiSe異質結構，如圖1所示。
圖1 MoSe2/NiSe異質結以及MoSe2的制備流程圖
電化學測試和理論計算用于研究鈉存儲特性以及潛在機制，理論計算結果表明，MoSe2/NiSe異質結構不僅提高了對鈉原子的吸附，降低了鈉離子的擴散勢壘，而且促進了電子在界面上的轉移，從而提高了三維結構的電導率，加速了鈉離子的擴散以及增強了結構穩定性。進一步，MoSe2和NiSe的異質界面顯著提高了電子電導率加速了電化學反應動力學提高了贗電容貢獻。因此，所制備的MoSe2/NiSe納米粒子表現出優異的鈉存儲性能，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穩定性，如圖2所示。
圖2 MoSe2，NiSe和MoSe2/NiSe的（a）倍率性能（b）小電流循環性能和（c）大電流循環性能
進一步，使用MoSe2/NiSe異質結材料組裝的全電池（MoSe2/NiSe‖Na3V2(PO4)3/C）也表現出了較長的循環壽命，在1 A g-1下進行200次循環后，容量仍然有168 mAh g-1，如圖3所示。這項工作充分表明，異質結材料可以擴展到其他領域，這有助于開發用于快速動力學和長循環壽命的鈉離子電池。
圖3 （a）MoSe2/NiSe異質結材料組裝的全電池的示意圖，（b）全電池在1.0 A g-1條件下的循環性能
