雖然鋰離子電池是可持續(xù)能源技術(shù)的未來，但與提高電池容量相關(guān)的負(fù)極體積的劇烈波動(dòng)，令人擔(dān)憂其安全性。最近，來自韓國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)，將硒化錳負(fù)極嵌入3D碳納米片基質(zhì)是一種創(chuàng)新、簡(jiǎn)單、低成本的方法，可以減少劇烈的體積膨脹，同時(shí)提高這些電池的能量密度。

用于電動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車的可再生能源鋰離子電池(LIBs)作為新一代能源解決方案?jìng)涫荜P(guān)注。然而，目前使用的鋰離子電池負(fù)極存在離子電導(dǎo)率低、充放電過程中結(jié)構(gòu)變化大、比容量低等諸多不足，限制了電池的性能。

為了尋找更好的負(fù)極材料，韓國(guó)海事大學(xué)的 Jun Kang 博士和韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)的同事設(shè)計(jì)了一種負(fù)極，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，克服了許多現(xiàn)有的陽極效率障礙。Kang博士解釋說：“我們專注于硒化錳 (MnSe)，這是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的過渡金屬化合物，以其高導(dǎo)電性和在開發(fā)半導(dǎo)體和超級(jí)電容器中的適用性而聞名，它可能是高級(jí)鋰離子電池陽極的候選材料。” 然而，MnSe 在充放電循環(huán)過程中會(huì)發(fā)生劇烈的體積變化（約160%），這不僅會(huì)降低電極的性能，還會(huì)帶來安全問題。

為了防止這種體積變化，上述研究人員開發(fā)了一種簡(jiǎn)單且低成本的工藝：他們將 MnSe 納米顆粒均勻地注入三維多孔碳納米片基質(zhì)（3DCNM）中。在新開發(fā)的負(fù)極材料（他們稱為“MnSe ? 3DCNM”）中，碳納米片支架賦予了被固定的 MnSe 納米顆粒許多優(yōu)點(diǎn)，例如大量的活性位點(diǎn)和與電解質(zhì)的接觸面積增加，并保護(hù)它們免受劇烈體積膨脹的影響。

研究人員合成了多種MnSe?3DCNM材料。其中，他們發(fā)現(xiàn)MnSe?3DCNM-1.92具有最佳的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力。當(dāng)在整個(gè)電池中與鋰錳(III,IV)氧化物(LiMn2O4，一種常用的正極材料)結(jié)合時(shí)，研究小組觀察到MnSe?3DCNM-1.92顯著地繼續(xù)表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學(xué)性能，包括優(yōu)越的鋰離子和電子傳輸動(dòng)力學(xué)!

團(tuán)隊(duì)對(duì)他們的成就所帶來的潛在影響感到興奮。正如Kang博士解釋的那樣，“使用有益的填充支架，我們開發(fā)了一種可以提高電池性能同時(shí)允許可逆能量存儲(chǔ)的負(fù)極。這種策略可以作為其他具有高表面積和穩(wěn)定納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬硒化物的指南，應(yīng)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)、電催化和半導(dǎo)體領(lǐng)域?！?/p>