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【钠电】上交大黄富强Adv. Mater.：导电性百倍提升！极化子工程实现钠电稳定极速快充

时间：2023-11-26 来源： 浏览：

【钠电】上交大黄富强Adv. Mater.：导电性百倍提升！极化子工程实现钠电稳定极速快充

能源技术情报
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Energy-2019

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钠离子电池能量密度与快充特性的提升对其快速发展意义重大。二硫化钼（2H相MoS2）作为经典负极材料具有高理论比容量，但由于极化子引发的缓慢电荷转移，其倍率性能及氧化还原可逆性通常较差。传统改性策略通常基于纳米尺寸/孔隙调控、碳复合结构设计等，虽电化学性能有所改善但其低体积能量密度限制实际应用。相转变工程可构建导电1T相MoS2，但亚稳特性使其在循环过程中重新堆叠向稳态2H相转变，使电化学性能下降。因此，如何通过对MoS2本征晶体结构进行合理设计，开发兼具高倍率与长循环寿命的新型热力学稳定硫化钼基负极材料具有挑战性。
基于此，上海交通大学黄富强教授与复旦大学吕希蒙博士提出了一种由富电子一维[MoS]插入链诱导的极化子坍塌策略，可有效地解决以上问题，获得具有极优快充性能（60 C=1分钟充满）与超长循环稳定性（1.5万圈）的新型钠离子电池负极材料。相关研究成果以“1D Insertion Chains Induced Small-Polaron Collapse in MoS2 2D Layers toward Fast-Charging Sodium-Ion Batteries”为题在线发表在Advanced Materials上（DOI：10.1002/adma.202309637），上海交通大学为论文第一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究特区计划等项目的资助与支持。
【本文要点】
（1）通过在二维MoS2层间引入一种富电子一维[MoS]链，可通过破坏二维MoS2层z方向对称性将其转变为稳定对称破缺态，诱导小极化子坍塌从而获得极快速的本征电荷转移能力。基于该策略获得的Mo2S3材料热力学稳定且表现金属行为，其电子电导率为MoS2的107倍。
（2）理论计算发现，一维[MoS]链的引入可诱导阴离子电子离域，极大降低钠离子扩散能垒（Mo2S3：0.38 eV；MoS2：0.65 eV），实现钠离子在晶体结构中快速扩散。
（3）将该材料应用于快充钠离子电池领域，该材料表现出极优快充性能（60 C=1分钟充满）与超长循环稳定性（1.5万圈）。电化学原位实验也表明Mo2S3在钠嵌脱过程中具有高度可逆的氧化还原，可抑制硫副反应引起的容量衰减。以上结果证明了所提出的极化子工程的有效性，可为设计和开发新型高性能快充电极材料提供新的思路。

【参考文献】
Zhuoran Lv et al. 1D Insertion Chains Induced Small-Polaron Collapse in MoS2 2D Layers toward Fast-Charging Sodium-Ion Batteries. Advanced Materials, 2023, 2309637.
DOI：10.1002/adma.202309637
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309637

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