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趙乃勤/陳彪EnSM：具有良好雙向反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高可逆鈉離子電池

界面摻雜工程被認(rèn)為是改善鈉離子電池（SIBs）中二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一種有前景的策略。人們對(duì)原始異質(zhì)結(jié)構(gòu)在放電過(guò)程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的增強(qiáng)機(jī)制給予了很大的關(guān)注，但對(duì)放電產(chǎn)物在充電過(guò)程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化則關(guān)注較少。因此，迫切需要對(duì)二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面摻雜工程進(jìn)行系統(tǒng)的了解和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)良好的雙向反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖1 材料設(shè)計(jì)及理論計(jì)算

天津大學(xué)趙乃勤、陳彪等在理論計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了一個(gè)由Co-摻雜MoS₂（Co-MoS₂）和氮摻雜石墨烯（NG）組成的新界面，以改善MoS₂/G在放電和充電過(guò)程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

研究顯示，所設(shè)計(jì)的界面摻雜工程顯著改善了Na⁺的吸附能力、MoS₂的導(dǎo)電性以及放電過(guò)程中界面的電傳遞。此外，它對(duì)Mo和Na₂S納米團(tuán)簇的吸附、Na₂S的分解以及充電過(guò)程中的導(dǎo)電性都非常有益。

圖2 電化學(xué)性能研究

上述優(yōu)勢(shì)均有助于在放電和充電過(guò)程實(shí)現(xiàn)良好的定向反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，這使得Co-MoS₂/NG復(fù)合材料成為一種有前景的負(fù)極材料，可用于SIBs中。作為范例，作者通過(guò)使用簡(jiǎn)單的鹽模板方法，制備了錨定在三維氮摻雜碳（Co-MoS₂/3DNC）復(fù)合材料上的摻鈷的MoS₂。正如預(yù)期的那樣，優(yōu)化后的Co-MoS₂/3DNC實(shí)現(xiàn)了良好的雙向反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

此外，其倍率能力和循環(huán)穩(wěn)定性也優(yōu)于大多數(shù)傳統(tǒng)的MoS₂復(fù)合材料，在1 A g^-1的電流密度下可循環(huán)1500次。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)高可逆和持久的轉(zhuǎn)換型復(fù)合負(fù)極的界面摻雜工程提供了新的見(jiàn)解。

圖3 不同界面上的轉(zhuǎn)化反應(yīng)示意

Engineering the interfacial doping of 2D heterostructures with good bidirectional reaction kinetics for durably reversible sodium-ion batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102830

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