新型储能电池研发对加快实现我国碳达峰、碳中和战略目标具有重大意义。近日，杭州电子科技大学碳中和新能源研究院严文生&田成祥团队在下一代新型储能电池—钠离子电池领域取得了阶段性进展。相关研究成果以杭州电子科技大学为第一单位，发表在能源类Top期刊《Applied Surface Science》(影响因子7.4)，题目为“Three-dimensional flower spheres MoSe2/NiSe heterostructure with fast kinetic and stable structure for durable sodium-ion storage”，论文第一作者为青年教师田成祥，严文生教授和Lu Li教授为共同通讯作者。
锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性好等优点，被广泛应用于各种电子、电动汽车等领域。然而，由于其较高的成本和资源，因此需要开发新的储能技术以替代锂离子电池。近年来，钠离子电池以其低廉的成本和丰富的资源受到越来越多的关注，被认为是最有前途的下一代电池技术。然而，充放电过程中大的体积变化大，快速的容量衰减，较差的倍率性能等缺点严重限制了钠离子电池的商业化应用。由于钠离子电池负极材料是实现高性能的主要限制，因此具有高钠存储容量的过渡金属硒化物是目前的研究热点。结合层状结构异质结在储能材料中具有巨大的潜力，我们通过一步溶胶凝胶结合简单热硒化，成功地合成了具有三维结构的NiSe2/NiSe异质结构，如图1所示。
图1 MoSe2/NiSe异质结以及MoSe2的制备流程图。
电化学测试和理论计算用于研究钠存储特性以及潜在机制。理论计算结果表明，MoSe2/NiSe异质结构不仅提高了对钠原子的吸附，降低了钠离子的扩散势垒，而且促进了电子在界面上的转移，从而提高了三维结构的电导率，加速了钠离子的扩散以及增强了结构稳定性。进一步，MoSe2和NiSe的异质界面显著提高了电子电导率加速了电化学反应动力学提高了赝电容贡献。因此，所制备的MoSe2/NiSe纳米粒子表现出优异的钠存储性能，例如增强的钠存储容量和倍率性能，以及在超高电流密度下的出色循环稳定性，如图2所示。
图2 MoSe2，NiSe和MoSe2/NiSe的（a）倍率性能，（b）小电流循环性能，和（c）大电流循环性能。
进一步，使用MoSe2/NiSe异质结材料组装的全电池（MoSe2/NiSe‖Na3V2(PO4)3/C）也表现出了较长的循环寿命，在1 A g-1下进行200次循环后，容量仍然有168 mAh g-1，如图3所示。这项工作充分表明，异质结材料可以扩展到其他领域，这有助于开发用于快速动力学和长循环寿命的钠离子电池。
图3 （a）MoSe2/NiSe异质结材料组装的全电池的示意图，（b）全电池在1.0 A g-1条件下的循环性能。
论文链接：https://authors.elsevier.com/c/1gVYAcXa-4VSH