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)的陽極體積劇烈波動(dòng)引發(fā)了安全問題。最近，韓國的研究人員發(fā)現(xiàn)，將硒化錳陽極嵌入3D碳納米片基質(zhì)中是一種創(chuàng)新、簡單且低成本的方法，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。

　　鋰離子電池(LIB)是用于電氣設(shè)備或電動(dòng)汽車的可再生能源，作為下一代能源解決方案備受關(guān)注。然而，當(dāng)今使用的LIB的陽極存在多個(gè)不足之處，從低離子電子電導(dǎo)率和充放電循環(huán)期間的結(jié)構(gòu)變化到低比容量，這限制了電池的性能。

　　為了尋找更好的負(fù)極材料，韓國海事大學(xué)的Jun Kang博士和韓國釜山國立大學(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)有的陽極效率的障礙。Jun 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，可作為先進(jìn)LIB陽極的可能候選物。” 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(幾乎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)(或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錨定的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)它們免受急劇的體積膨脹。

　　研究人員能夠合成多種MnSe?3DCNM材料。其中，他們發(fā)現(xiàn)MnSe?3DCNM-1.92表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力。當(dāng)與全電池中的鋰錳(III,IV)氧化物(LiMn2O4，一種常用的陰極材料)結(jié)合時(shí)，該團(tuán)隊(duì)觀察到MnSe?3DCNM-1.92顯著地繼續(xù)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括優(yōu)異的鋰離子和電子傳輸動(dòng)力學(xué)!

　　該團(tuán)隊(duì)對(duì)他們的成就的潛在影響感到興奮。正如Jun Kang博士所解釋的那樣，“使用有益的填料支架，我們開發(fā)了一種提高電池性能同時(shí)允許可逆能量存儲(chǔ)的陽極。該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，在存儲(chǔ)系統(tǒng)、電催化和半導(dǎo)體中的應(yīng)用。”