钠离子电池(Sodium ion battery, SIB)被认为是锂离子电池(Lithium-ion battery, LIB)最有潜力的大规模储能替代品之一,但由于缺乏长循环寿命、高速率容量的负极材料,阻碍了SIB的广泛应用。FeSe2基材料具有理论比容量高、对环境较友好、资源广泛性等优点,是近年来SIB负极材料的热门选择。本研究构建了一种新型富氧掺杂FeSe2纳米片(O-FeSe2 NSs)作为SIB的高性能负极材料。
绿色创新中心刘焕明教授、周丹副教授立足于表面界面工程,制备了富氧二硒化铁纳米片( O-FeSe2 NSs)负极材料,用于钠离子电池的电化学储能。该工作深入地解释了其性能提升的内在机理,并将其应用于钠离子电池储能领域。
本质上,O-FeSe2 NSs上的富氧能有效促进活性物质及其中间反应产物在循环过程中形成非晶态相,从而缓解了电极体积膨胀导致的循环稳定性差等问题。此外,丰富的O原子可以形成稳定的固体电解质界面(SEI)和快速的Na+离子扩散速率,从而提高电极的循环寿命。此外,富含O原子的独特片层结构使O-FeSe2 NSs具有超高的赝电容容量,有利于获得高倍率性能。因此,在1.0A g-1的电流密度下,O-FeSe2 NSs电极的比容量为268.4/268.6 mAh g-1,循环700次后仍保持较高的比容量,具有较长的循环寿命和高倍率容量。结合电化学存储机理和Na+扩散动力学的详细研究,本工作有望为FeSe2基负极材料的研究提供新的思路,加深对可充电SIB的O-FeSe2 NSs宿主中Na+存储的理解。
该研究工作于2022年1月15日以“Rich-oxygen-doped FeSe2 nanosheets with high pseudocapacitance capacity as a highly stable anode for sodium ion battery”为题,发表于Chemical Engineering Journal上( Chem. Eng. J., 2022, 428:132637)。论文第一作者为北京科技大学绿色创新中心博士生王志强,刘焕明教授和周丹副教授为共同通讯作者。