孙灵娜教授团队在《Journal of Energy Chemistry》和《Small》发表锂硫电池和钠离子电池新成果

 








   来源：化学与环境工程学院 2024-05-09 16:38

随着社会经济和电气化的快速发展，人们对能源的需求不断增加。日常生活中常用的锂离子电池已不能满足日益增长的能源需求。锂硫电池和钠离子电池作为新一代储能电池，具有良好的研究和应用价值。然而，锂硫电池和钠离子电池在发展与应用过程中仍存在许多问题需要解决。深圳大学化学与环境工程学院孙灵娜教授团队在新能源电池领域积累了一定的经验，近期在《Journal of Energy Chemistry》（影响因子13.1，中科院JCR 1 区，TOP期刊）和《Small》（影响因子13.3，中科院JCR 2 区，TOP期刊）发表锂硫电池和钠离子电池最新成果。

为解决锂硫电池硫正极的电导率差、穿梭效应、Li₂S不可逆沉积和锂枝晶等问题，孙灵娜教授团队通过静电纺丝技术制备了Fe₃Se₄和多孔氮掺杂纳米纤维的复合材料（Fe₃Se₄@PNCNFs），并将其作为锂硫电池中间层来改善其电化学性能。研究表明Fe₃Se₄@PNCNFs对锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂中间产物有着较强的吸附和催化作用，能将多硫化锂保留在正极侧从而减弱穿梭效应。除此之外，在锂硫电池充放电过程中，Fe₃Se₄会与多硫化锂反应生成络合物Li_xFeS_y，其能促进Li₂S的三维沉积来增强其可逆能力和倍率性能，这为锂硫电池的性能改进提供了一条新的路径和策略。该论文《Accelerating lithium-sulfur battery reaction kinetics and inducing 3D deposition of Li₂S using interactions between Fe₃Se₄and lithium polysulfides》发表在《Journal of Energy Chemistry》（影响因子13.1，中科院JCR 1 区），深圳大学化学与环境工程学院硕士研究生林一涵为第一作者，孙灵娜教授为通讯作者，深圳大学化学与环境工程学院为通讯单位。

原文连接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.03.052

为解决金属硫族化合物作为钠离子电池负极材料时，在转化-合金化过程中伴随着的体积膨胀变形和活性材料粉化导致电极接触减弱，从集电器上剥落等问题，孙灵娜教授团队首先将ZnSn(OH)₆纳米盒状前驱体与聚丙烯腈（PAN）进行静电纺丝，得到三维自支撑网络，经过碳化和硒化热处理后，开发出嵌入Se/N共掺杂CNF骨架中的ZnSe/SnSe异质结构（ZnSe/SnSe@Se,N-CNFs）。独特的ZnSe/SnSe异质结构、静电纺丝CNF和Se/N共掺杂特性可有效促进电子/离子传输速率，提高结构稳定性，加速电化学反应动力学：I) ZnSe/SnSe中的异质边界将提供增强的界面耦合效应和内置电场，具有额外的电荷转移驱动力，可吸引更多Na⁺离子吸附在异质界面上，提高Na⁺离子从电解液到电极的迁移速率，从而有效加速电化学反应动力学。Ⅱ) 嵌入ZnSe/SnSe纳米盒的三维自支撑CNF网络不仅能增强半导体ZnSe/SnSe的导电性，还能避免在嵌入/脱出过程中发生剧烈的体积膨胀/收缩，改善其结构的完整性。Ⅲ) Se/N共掺杂特性实现了CNF基体与硒化异质结构之间的耦合效应，实现了离子/电子的快速传输，加速了钠离子储存的表面/内部反应动力学，并增强了CNF基体的电子导电性和电解液润湿性。这项研究为解决目前合金基材料在钠离子电池中所面临的挑战提供了一些具有启发性的设计思路：通过异质纳米结构构建、碳壳涂层和共掺杂改性策略，提高了导电性；通过将合金材料嵌入具有三维独立骨架特征的碳基体，解决了体积膨胀问题。该论文《ZnSe/SnSe Heterostructure Incorporated with Selenium/Nitrogen Co-Doped Carbon Nanofiber Skeleton for Sodium-Ion Batteries》发表在《Small》（影响因子13.3，中科院JCR 2 区），深圳大学化学与环境工程学院张颖朦研究员、硕士研究生程乐乐为共同第一作者，张颖朦研究员、孙灵娜教授为共同通讯作者，深圳大学化学与环境工程学院为通讯单位。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202306536

上述工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和深圳市科学技术基金的支持。