MnSe2納米立方體作為鈉離子電池陽(yáng)極的系統(tǒng)介紹。左上圖為MnSe2的晶體結(jié)構(gòu);右上圖為MnSe2納米立方體的TEM圖像。底部圖為鈉離子電池0.1A/g時(shí)的循環(huán)性能和庫(kù)侖效率。

由于鈉元素的豐富儲(chǔ)量和相對(duì)廉價(jià)的獲取成本，鈉離子電池逐漸成為鋰離子電池技術(shù)的潛在替代品。盡管最近關(guān)于鈉離子電池的研究取得了進(jìn)展，但對(duì)于高性能陽(yáng)極材料的需求仍然十分迫切。來(lái)自香港理工大學(xué)的研究人員探索了一種新的選擇，即在陽(yáng)極材料中選擇過(guò)渡金屬硒化物的微小立方體，取得了良好的效果。

“現(xiàn)有的鈉離子電池負(fù)極材料仍然不如鋰基電池好，碳材料(即石墨)顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，但是具有相對(duì)較低的可逆容量，而基本物質(zhì)(即Sb和P)和一些過(guò)渡金屬氧化物(即Fe2O3和CuO)顯示出高理論容量，但是他們的循環(huán)穩(wěn)定性比較差。”文章的主要作者劉淑萍(音)說(shuō)道。

最近，過(guò)渡金屬硒化物，例如Cu2Se、MoSe2和FeSe2等這一類材料，已經(jīng)在鈉離子電池的研究上顯示出了優(yōu)勢(shì)。通過(guò)將過(guò)渡金屬顆粒的尺寸從微米級(jí)縮小到納米級(jí)已經(jīng)被證明是一種行之有效的辦法。劉和他的同事錢(qián)嘉盛(音)也擴(kuò)大了搜索范圍，包括MnSe2顆粒。Mn基化合物具有高豐度、低成本和無(wú)毒性的附加吸引力。但是，到目前為止，他們還沒(méi)有測(cè)試過(guò)MnSe2作為鈉離子電池電極材料的可行性。

劉和錢(qián)使用簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的水熱法合成了MnSe2納米立方體。在加入水合肼之前，首先將前體材料MnSO4、Se和檸檬酸分散在水中。攪拌1小時(shí)后，將混合物在180℃下高壓滅菌12小時(shí)。所制備的黑色粉末包含直徑小于200nm的納米顆粒，且具有立方黃鐵礦結(jié)構(gòu)。

“我們展示了一種簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的方法來(lái)合成具有高產(chǎn)率和高結(jié)晶度的MnSe2納米立方體，”劉說(shuō)。

由制備的MnSe2納米立方體與炭黑和涂覆在銅箔上的纖維素基粘合劑的混合物制造測(cè)試電極。Lau認(rèn)為，這種材料對(duì)Na離子電池很有前景，因?yàn)樗哂泻芨叩睦碚摯鎯?chǔ)容量(503mAh?g-1)，在空氣中非常穩(wěn)定，且無(wú)毒。在測(cè)試電池中，在二甘醇二甲醚基電解質(zhì)中具有Na金屬對(duì)電極，MnSe2納米立方電極在100次循環(huán)后保持超過(guò)90%的容量。

“MnSe2納米立方體的循環(huán)容量已經(jīng)超過(guò)其他金屬硒化物和石墨陽(yáng)極，”Lau指出。

研究人員表示，仍有很大的改進(jìn)空間。MnSe2納米立方體的電導(dǎo)率可以更好并且復(fù)雜的氧化還原行為可以允許發(fā)生不希望的副反應(yīng)。

“需要進(jìn)一步優(yōu)化MnSe2納米立方體的倍率性能，而最初的庫(kù)侖效率需要進(jìn)一步提高，”Lau補(bǔ)充說(shuō)。

研究人員現(xiàn)在正在探索MnSe2納米立方體是否可以直接在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)，以避免這些問(wèn)題。