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李山東/王霞/吳興隆AFM：具有異常高Na+ 遷移率和超薄SEI的ZnSe負(fù)極

過渡金屬硒化物由于其高比容量和低成本在堿金屬離子電池中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，它們在循環(huán)過程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性通常很差，并且鋰/鈉/鉀的存儲(chǔ)行為也存在不明確的差異。

在此，青島大學(xué)李山東教授、王霞副教授及東北師范大學(xué)吳興隆教授等人通過理論計(jì)算和電化學(xué)研究證明，與Li⁺和K⁺相比，ZnSe具有更好的Na⁺擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)（包括更低的擴(kuò)散勢壘、更小的活化能和更高的擴(kuò)散系數(shù)）。

ZnSe基負(fù)極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括摻氮碳（N,C）和三維有序分層孔（3DOHP），從而形成3DOHP ZnSe@N,C雜化結(jié)構(gòu)，并結(jié)合調(diào)節(jié)的固體電解質(zhì)界面(SEI)，顯著提高了Na⁺反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并適應(yīng)了體積變化。

圖1. 3DOHP ZnSe@N,C雜化物的合成與表征

因此，所得的3DOHP ZnSe@N,C電極表現(xiàn)出出色的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。用于鈉離子電池（SIBs）時(shí)，該電極在10 A g^-1下800次循環(huán)后的容量達(dá)到241.6 mAh g^-1，這源于提高的導(dǎo)電性和縮短的離子擴(kuò)散路徑。

同時(shí)形成了超薄且穩(wěn)定的SEI，有機(jī)組分中Na₂CO₃/NaF含量較低，促進(jìn)了Na₂Se的吸附。此外，原位研究進(jìn)一步揭示了3DOHP ZnSe@N,C雜化物中的儲(chǔ)鈉機(jī)制。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)用于SIBs的高性能電極材料提供了新的視角。

圖2. 鈉離子電池的電化學(xué)性能

3D Ordered Porous Hybrid of ZnSe/N-doped Carbon with Anomalously High Na⁺ Mobility and Ultrathin Solid Electrolyte Interphase for Sodium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106194

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