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溫珍海/詹紅兵InfoMat：Na-Te電池，1000次循環(huán)每圈衰減0.0062%！

鈉碲（Na-Te）電池由于其高理論容量和豐富的鈉源而被認(rèn)為是一種有前景的電池技術(shù)，但其實(shí)際應(yīng)用面臨著如何緩解Na負(fù)極不可控枝晶生長(zhǎng)和Te正極聚碲化合物穿梭效應(yīng)等關(guān)鍵問題的艱巨挑戰(zhàn)。

為此，中科院福建物構(gòu)所溫珍海研究員、福州大學(xué)詹紅兵教授等人精心設(shè)計(jì)制備了一種具有三維（3D）分層多孔碳負(fù)載CeO₂量子點(diǎn)的微球骨架納米雜化物（CeO₂-QDs/HPC），并將其作為Na-Te電池的Na負(fù)極和Te正極的雙功能主體。首先，作者通過在SiO₂納米球表面上快速聚合六氯環(huán)磷腈和4,4′-磺?；椒又苽銼iO₂@聚合物微球，隨后熱解去除SiO₂納米球產(chǎn)生了分層互連的多孔碳微球（HPC）。之后，將CeO₂-QDs均勻固定在HPC表面得到CeO₂-QDs/HPC。

結(jié)合DFT計(jì)算的系統(tǒng)研究表明，CeO₂-QDs/HPC不僅作為正極主體時(shí)提供了有利的結(jié)構(gòu)和豐富的電催化位點(diǎn)，從而促進(jìn)Te和Na_xTe之間的相互轉(zhuǎn)化。同時(shí)，該雜化物作為負(fù)極主體時(shí)還由于其親鈉特性抑制了電鍍/沉積過程中的枝晶生長(zhǎng)。

圖1. CeO₂-QDs/HPC的合成過程和結(jié)構(gòu)表征

進(jìn)一步，作者將Te/CeO₂-QDs/HPC正極和Na/CeO₂-QDs/HPC負(fù)極配對(duì)形成 Na-Te全電池，即Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC。電化學(xué)測(cè)試表明，該全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的高容量（392 mAh g^-1@0.2 C）、倍率性能（285 mAh g^-1@10 C、255 mAh g^-1@20 C）及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（10 C下1000次循環(huán)后仍保持260 mAh g^-1的穩(wěn)定可逆容量且每循環(huán)衰減率僅為0.0062%）。

甚至，作者組裝的Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC軟包電池也可運(yùn)行超過60個(gè)循環(huán)，并在 0.5 C時(shí)提供192 Wh kg^-1的能量密度。作為概念驗(yàn)證演示，使用由兩個(gè)軟包電池組成的串聯(lián)電池可點(diǎn)亮由43個(gè)LED組成的“NaTe”標(biāo)志。總之，這種雙功能的活性電極材料主體設(shè)計(jì)為高性能Na-Te電池的發(fā)展提供了新的思路和方向。

圖2. Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC的電化學(xué)性能

CeO₂ quantum-dots engineering 3D carbon architectures toward dendrite-free Na anode and reversible Te cathode for high-performance Na-Te batteries, InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12343

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