近日，我院黃紹專(zhuān)教授團(tuán)隊(duì)在過(guò)渡金屬硫/硒化物可控調(diào)節(jié)鈉離子電池性能方面取得了新的研究進(jìn)展，研究成果以“Unveiling the double-edged behavior of controlled selenium substitution in cobalt sulfide for balanced Na-storage capacity and rate capability”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院碩士研究生何婷婷、趙偉銘為論文共同第一作者，黃紹專(zhuān)教授為論文通訊作者，中南民族大學(xué)為論文第一署名單位。
近年來(lái)，過(guò)渡金屬硫化物因其較高的理論比容量和良好的電化學(xué)活性而被廣泛研究。然而在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，過(guò)渡金屬硫化物遭遇巨大的體積變化和遲緩的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題，極大的影響了電池的循環(huán)壽命和倍率性能，阻礙了其在高功率/高能量鈉離子電池中的應(yīng)用。
該工作提出了一種新型的“高度可控硒（Se）取代”和“硫、硒共摻雜石墨烯（SG）固定”的CoS2-xSex納米晶設(shè)計(jì)方案，有效調(diào)節(jié)了電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)在單層氧化石墨烯上構(gòu)筑Co-CoO@rGO納米晶顆粒，然后通過(guò)同步硒-硫化的方式合成CoS2-xSex@SG復(fù)合材料。其中，石墨烯上的CoS2-xSex納米晶“點(diǎn)對(duì)面”結(jié)構(gòu)以及CoS2-xSex與SG之間牢固的C-S-Co & C-Se-Co鍵不僅大大提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還促進(jìn)了鈉存儲(chǔ)和電子轉(zhuǎn)移。此外，通過(guò)電化學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)分析和理論計(jì)算揭示了硒取代在鈉儲(chǔ)存中的雙刃劍作用——硒取代含量的增加會(huì)增強(qiáng)Na+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，但會(huì)降低鈉儲(chǔ)存能力。研究表明，當(dāng)Se取代含量為x=0.4時(shí)，電極表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能（高初始庫(kù)侖效率、超高倍率性能和超穩(wěn)定循環(huán)性能）。原位/非原位測(cè)試進(jìn)一步揭示了Co0與Na2S/Na2Se之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)形成了微尺度的CoSe2-CoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，協(xié)同改善了Na+存儲(chǔ)活性位點(diǎn)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。這項(xiàng)研究提供了一種可控的陰離子取代策略來(lái)平衡Na+儲(chǔ)存活性位點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)，在高功率/能量鈉離子電池中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
文章信息：Tingting He#, Weiming Zhao#, Junping Hu, Chengjiang Deng, Dong Yan, Shaozhuan Huang*. Unveiling the Double-Edged Behavior of Controlled Selenium Substitution in Cobalt Sulfide for Balanced Na-Storage Capacity and Rate Capability. Advanced Functional Materials, 2023, 2310256, DOI: 10.1002/adfm.202310256.
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310256
作者：黃紹專(zhuān) 責(zé)編：張道洪 審核:祁帆 發(fā)布：顏俊琨 發(fā)布時(shí)間：2023-11-13
