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2021-07-27
虽然锂离子电池是可持续能源技术的未来，但与提高电池容量相关的负极体积的剧烈波动，令人担忧其安全性。最近，来自韩国的研究人员发现，将硒化锰负极嵌入3D碳纳米片基质是一种创新、简单、低成本的方法，可以减少剧烈的体积膨胀，同时提高这些电池的能量密度。
用于电动设备和电动汽车的可再生能源锂离子电池(LIBs)作为新一代能源解决方案备受关注。然而，目前使用的锂离子电池负极存在离子电导率低、充放电过程中结构变化大、比容量低等诸多不足，限制了电池的性能。
为了寻找更好的负极材料，韩国海事大学的 Jun Kang 博士和韩国釜山国立大学的同事设计了一种负极，由于其独特的结构特点，克服了许多现有的阳极效率障碍。Kang博士解释说：“我们专注于硒化锰 (MnSe)，这是一种经济实惠的过渡金属化合物，以其高导电性和在开发半导体和超级电容器中的适用性而闻名，它可能是高级锂离子电池阳极的候选材料。” 然而，MnSe 在充放电循环过程中会发生剧烈的体积变化（约160%），这不仅会降低电极的性能，还会带来安全问题。
为了防止这种体积变化，上述研究人员开发了一种简单且低成本的工艺：他们将 MnSe 纳米颗粒均匀地注入三维多孔碳纳米片基质（3DCNM）中。在新开发的负极材料（他们称为“MnSe ⊂ 3DCNM”）中，碳纳米片支架赋予了被固定的 MnSe 纳米颗粒许多优点，例如大量的活性位点和与电解质的接触面积增加，并保护它们免受剧烈体积膨胀的影响。
研究人员合成了多种MnSe⊂3DCNM材料。其中，他们发现MnSe⊂3DCNM-1.92具有最佳的循环稳定性和倍率能力。当在整个电池中与锂锰(III,IV)氧化物(LiMn2O4，一种常用的正极材料)结合时，研究小组观察到MnSe⊂3DCNM-1.92显著地继续表现出优越的电化学性能，包括优越的锂离子和电子传输动力学!
团队对他们的成就所带来的潜在影响感到兴奋。正如Kang博士解释的那样，“使用有益的填充支架，我们开发了一种可以提高电池性能同时允许可逆能量存储的负极。这种策略可以作为其他具有高表面积和稳定纳米结构的过渡金属硒化物的指南，应用于存储系统、电催化和半导体领域。”
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