面對(duì)全球能源短缺和環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻的巨大挑戰(zhàn)，可再生能源的利用和新型儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視，鈉離子電池(SIBs)由于鈉資源供應(yīng)

面對(duì)全球能源短缺和環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻的巨大挑戰(zhàn)，可再生能源的利用和新型儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視，鈉離子電池(SIBs)由于鈉資源供應(yīng)充足、成本適中和環(huán)境友好，目前被認(rèn)為是鋰離子電池(LIBS)之外最具競(jìng)爭(zhēng)力的替代品，在儲(chǔ)能方面取得了巨大進(jìn)步。盡管如此，離子Na+ SIBs系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致較差的使用壽命、高擴(kuò)散勢(shì)壘、低電勢(shì)和鈉儲(chǔ)存過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢。因此，迄今為止，針對(duì)SIBs的電極材料的合理組件選擇和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以解決這些技術(shù)瓶頸仍然充滿挑戰(zhàn)。在負(fù)極材料方面，對(duì)多種過(guò)渡金屬氧化物/硫化物進(jìn)行了深入研究，在氧化物中Fe3O4(理論比容量924mAh/g)似乎比石墨的鈉儲(chǔ)存能力更強(qiáng)。然而，在脫鈉/鈉化過(guò)程中，F(xiàn)e3O4的低電子電導(dǎo)率、緩慢的離子擴(kuò)散和嚴(yán)重的體積變化不能滿足具有高速率和超穩(wěn)定壽命電化學(xué)裝置的要求。盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多有效的策略來(lái)解決上述問(wèn)題，例如形態(tài)控制、與導(dǎo)電碳基質(zhì)混合或選擇合適的粘合劑，但它們的使用性能仍不能令人滿意。長(zhǎng)江師范學(xué)院的研究人員構(gòu)建了一種在Fe3O4納米立方體表面改性的具有碳和MoSe2納米雙重防御層的分級(jí)繡球狀結(jié)構(gòu)，Na儲(chǔ)存壽命超過(guò)5700次循環(huán)，可逆容量達(dá)272.2 mAh/g。相關(guān)論文以題為“Hierarchical hydrangea-like configuration constructed from MoSe2nanosheets anchored oncore-shell Fe3O4@C nanocubes for highly stable and fastion-transport sodium-storage anode”發(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114147

Fe3O4@C@MoSe2與此前Fe3O4基相比有以下顯著優(yōu)勢(shì)：(1) 由多巴胺鹽酸鹽前體轉(zhuǎn)化的中間碳層裝飾不僅能夠增加電子電導(dǎo)率和提高電荷轉(zhuǎn)移效率，也具有抵抗放電/充電過(guò)程中釋放體積膨脹引起的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力的重要作用，從而保證結(jié)構(gòu)完整性；(2) 固定在碳層上的外部MoSe2納米片進(jìn)一步確保了良好的機(jī)械強(qiáng)度，緩沖循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，不同層之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的層間間隙；(3) 具有大的表面積，可以增加接觸面積，顯著增強(qiáng)MoSe2的電化學(xué)Na+存儲(chǔ)性能協(xié)同效應(yīng)。

圖1 Fe3O4@C@MoSe2復(fù)合材料制備過(guò)程示意圖、顯微組織圖和XRD/XPS圖

圖2 Fe3O4@C@MoSe2在不同循環(huán)下的放電及耐久性測(cè)試

圖3 Fe3O4@C@MoSe2與Fe3O4@C的各項(xiàng)性能對(duì)比

研究發(fā)現(xiàn)Fe3O4@C@MoSe2在750次循環(huán)后的容量為280.9mAh/g，是以前的2.9倍，表現(xiàn)出比普通Fe3O4@C電極(僅96.5mAh/g)更大的穩(wěn)定放電，表明大大增強(qiáng)了鈉儲(chǔ)存能力。與普通Fe3O4@C電極相比，F(xiàn)e3O4@C@MoSe2表現(xiàn)出更好的倍率性能，隨著倍率從0.1增加至10.0A/g再逐漸恢復(fù)至0.1 A/g時(shí)，第65次循環(huán)仍具有279.0 mAh/g的高放電容量，表明其具有優(yōu)異的倍率可逆性。Fe3O4@C@MoSe2電極的倍率性能優(yōu)于大多數(shù)已有報(bào)道的基于Fe3O4的SIBs電極。本文通過(guò)多巴胺鹽酸鹽的自聚合和隨后的簡(jiǎn)單水熱反應(yīng)與碳和MoSe2納米片的雙重防御層相結(jié)合，形成了類似繡球花的Fe3O4結(jié)構(gòu)。Fe3O4@C@MoSe2電極作為一種先進(jìn)的SIBs材料，實(shí)現(xiàn)了顯著的倍率可逆性。本文為開(kāi)發(fā)用于電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用的其他高性能金屬氧化物提供了一種新路徑。（文：破風(fēng)）

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