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東華Small：優(yōu)化的NiS2 /NiSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的性能提升

基于轉(zhuǎn)化型化學(xué)的過(guò)渡金屬硫化物（TMS）和硒化物（TMSe）具有較大的理論容量、合適的層間距、合適的工作電位、低擴(kuò)散能壘和離子/電子的快速轉(zhuǎn)移路徑而被認(rèn)為是鈉離子電池（SIBs）有前景的負(fù)極材料。然而，低固有電導(dǎo)率和大體積變化的固有物理特性導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中負(fù)極材料的粉化和結(jié)構(gòu)變化。

在此，東華大學(xué)鄒儒佳副研究員、羅維研究員及劉倩副教授等人首次報(bào)道了嵌入中空介孔碳球（HMCS）內(nèi)表面的NiS_1.23Se_0.77納米片而形成的NSSN@HMCS復(fù)合材料的制備以及作為SIB負(fù)極的應(yīng)用。

該負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆容量（520 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1），令人印象深刻的高達(dá)95.3% 的庫(kù)侖效率（CE），高倍率容量（353 mAh g^-1@5.0 A g^-1），以及在高電流密度和高初始庫(kù)侖效率 (ICE) (95.1%) 下具有出色的容量保持率 (95.6%) 。

圖1. NSSN@HMCS負(fù)極的電化學(xué)性能

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究表明，該負(fù)極的最高ICE可歸因于NiS_1.23Se_0.77納米片的超薄層狀結(jié)構(gòu)和活性材料與HMCS之間的高效電子轉(zhuǎn)移。

其次，在第一次放電/充電循環(huán)后，在HMCS內(nèi)部形成了納米級(jí)優(yōu)化的NiS₂/NiSe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以提供豐富的硫化物/硒化物異質(zhì)結(jié)界面/邊界以實(shí)現(xiàn)更快的Na⁺傳輸，降低Na⁺擴(kuò)散勢(shì)壘，增加電子電導(dǎo)率，并限制多硫化物或多硒化物在電解液中的溶解。

最后，HMCS的中空結(jié)構(gòu)適應(yīng)了體積膨脹，防止了復(fù)合材料的粉化和聚集問(wèn)題，這也可以促進(jìn)優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖2. NSSNs@HMCS在鈉化/脫鈉過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理

Enhancing the Electrochemical Performance of Sodium-Ion Batteries by Building Optimized NiS₂/NiSe₂ Heterostructures, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104186

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