徐志伟/王家钧ACS Nano：过渡金属硒化物结构调控提高储钾稳定性的机理研究

原子级结构工程是减少电池负极机械退化和提高离子传输动力学的有效策略，然而，潜在的掺杂科学以及容量退化与机械行为的相关性仍不清楚。

在此，天津工业大学徐志伟教授联合哈尔滨工业大学王家钧教授等人选择了一种用于钾离子电池（PIB）的典型的六方纤锌矿负极，即由超薄纳米片构建的Mn掺杂ZnSe花球，以研究Mn掺杂剂如何提高循环性能。

通过先进的同步辐射X射线显微断层扫描技术、纳米压痕和DFT计算，作者证明了Mn掺杂的ZnSe花球可以成功地适应钾化/脱钾时的结构变化，而高机械刚度的二维交错纳米片可以显著提高电极和电解液之间的接触面积。

图1. 基于ZnSe和Mn掺杂的ZnSe的PIB的电化学性能

这种从电子结构调制到晶格机械应力强化的掺杂效应可以有效抑制晶内裂纹并提高循环稳定性，这表明了一种对抗基于转化的负极机械分解的策略。

更重要的是，开发的简单有效的元素取代方法也可以扩展到设计和制造其他金属物种（例如，Na⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺）取代的过渡金属硫属元素化物负极。该研究对基于转换的负极掺杂工程的全面理解为设计高性能电极材料提供了启示。

图2. 钾离子扩散和容量下降的机制研究

Mechanistic Insights into the Structural Modulation of Transition Metal Selenides to Boost Potassium Ion Storage Stability, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04493

徐志伟/王家钧ACS Nano：过渡金属硒化物结构调控提高储钾稳定性的机理研究

相关推荐