隨著社會經(jīng)濟和電氣化的快速發(fā)展，人們對能源的需求不斷增加。日常生活中常用的鋰離子電池已不能滿足日益增長的能源需求。鋰硫電池和鈉離子電池作為新一代儲能電池，具有良好的研究和應用價值。然而，鋰硫電池和鈉離子電池在發(fā)展與應用過程中仍存在許多問題需要解決。深圳大學化學與環(huán)境工程學院孫靈娜教授團隊在新能源電池領域積累了一定的經(jīng)驗，近期在《Journal of Energy Chemistry》（影響因子13.1，中科院JCR 1 區(qū)，TOP期刊）和《Small》（影響因子13.3，中科院JCR 2 區(qū)，TOP期刊）發(fā)表鋰硫電池和鈉離子電池最新成果。

為解決鋰硫電池硫正極的電導率差、穿梭效應、Li₂S不可逆沉積和鋰枝晶等問題，孫靈娜教授團隊通過靜電紡絲技術制備了Fe₃Se₄和多孔氮摻雜納米纖維的復合材料（Fe₃Se₄@PNCNFs），并將其作為鋰硫電池中間層來改善其電化學性能。研究表明Fe₃Se₄@PNCNFs對鋰硫電池充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰中間產(chǎn)物有著較強的吸附和催化作用，能將多硫化鋰保留在正極側從而減弱穿梭效應。除此之外，在鋰硫電池充放電過程中，F(xiàn)e₃Se₄會與多硫化鋰反應生成絡合物Li_xFeS_y，其能促進Li₂S的三維沉積來增強其可逆能力和倍率性能，這為鋰硫電池的性能改進提供了一條新的路徑和策略。該論文《Accelerating lithium-sulfur battery reaction kinetics and inducing 3D deposition of Li₂S using interactions between Fe₃Se₄and lithium polysulfides》發(fā)表在《Journal of Energy Chemistry》（影響因子13.1，中科院JCR 1 區(qū)），深圳大學化學與環(huán)境工程學院碩士研究生林一涵為第一作者，孫靈娜教授為通訊作者，深圳大學化學與環(huán)境工程學院為通訊單位。

原文連接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.03.052

為解決金屬硫族化合物作為鈉離子電池負極材料時，在轉化-合金化過程中伴隨著的體積膨脹變形和活性材料粉化導致電極接觸減弱，從集電器上剝落等問題，孫靈娜教授團隊首先將ZnSn(OH)₆納米盒狀前驅體與聚丙烯腈（PAN）進行靜電紡絲，得到三維自支撐網(wǎng)絡，經(jīng)過碳化和硒化熱處理后，開發(fā)出嵌入Se/N共摻雜CNF骨架中的ZnSe/SnSe異質結構（ZnSe/SnSe@Se,N-CNFs）。獨特的ZnSe/SnSe異質結構、靜電紡絲CNF和Se/N共摻雜特性可有效促進電子/離子傳輸速率，提高結構穩(wěn)定性，加速電化學反應動力學：I) ZnSe/SnSe中的異質邊界將提供增強的界面耦合效應和內(nèi)置電場，具有額外的電荷轉移驅動力，可吸引更多Na⁺離子吸附在異質界面上，提高Na⁺離子從電解液到電極的遷移速率，從而有效加速電化學反應動力學。Ⅱ) 嵌入ZnSe/SnSe納米盒的三維自支撐CNF網(wǎng)絡不僅能增強半導體ZnSe/SnSe的導電性，還能避免在嵌入/脫出過程中發(fā)生劇烈的體積膨脹/收縮，改善其結構的完整性。Ⅲ) Se/N共摻雜特性實現(xiàn)了CNF基體與硒化異質結構之間的耦合效應，實現(xiàn)了離子/電子的快速傳輸，加速了鈉離子儲存的表面/內(nèi)部反應動力學，并增強了CNF基體的電子導電性和電解液潤濕性。這項研究為解決目前合金基材料在鈉離子電池中所面臨的挑戰(zhàn)提供了一些具有啟發(fā)性的設計思路：通過異質納米結構構建、碳殼涂層和共摻雜改性策略，提高了導電性；通過將合金材料嵌入具有三維獨立骨架特征的碳基體，解決了體積膨脹問題。該論文《ZnSe/SnSe Heterostructure Incorporated with Selenium/Nitrogen Co-Doped Carbon Nanofiber Skeleton for Sodium-Ion Batteries》發(fā)表在《Small》（影響因子13.3，中科院JCR 2 區(qū)），深圳大學化學與環(huán)境工程學院張穎朦研究員、碩士研究生程樂樂為共同第一作者，張穎朦研究員、孫靈娜教授為共同通訊作者，深圳大學化學與環(huán)境工程學院為通訊單位。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202306536

上述工作得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金和深圳市科學技術基金的支持。