文章信息
一种新型TiSe2-石墨双离子电池：快速的钠离子嵌入和优异的稳定性
第一作者：郑润田
通讯作者：舒杰*，苏宝连*
单位：宁波大学，武汉理工大学，比利时那幕尔大学
研究背景
钠双离子电池由于其高电压、高能量密度、低成本和生态环保等优点在电能存储中受到了广泛的关注。与常规的摇椅式钠离子电池不同，钠双离子电池的阴离子（例如PF6-，AlCl4-，ClO4-，TFSI-，FTFSI-和FSI-）和阳离子（Na+）可以在正极和负极材料中同时嵌入和脱出。因此，钠双离子电池理论上具有优异的动力学性能。
目前，膨胀石墨等碳基材料主要用于钠双离子电池的正极材料，由于钠阳离子的离子半径比锂离子大，因此在嵌入时钠双离子电池的动力学、倍率性能和循环稳定性较差，至今缺少优异的负极材料。寻求性能优越的钠双离子电池负极材料，进而使钠双离子电池技术真正走向工业化是目前电化学储能领域的一个重要挑战。
比利时那慕尔大学及武汉理工大学苏宝连院士团队和宁波大学舒杰教授课题组设计并组装出了一种全新的TiSe2-石墨钠双离子电池。与其它钠双离子电池相比，新型TiSe2-石墨钠双离子电池可以显著地提升电池的动力学性能和循环稳定性。
文章简介
近日，比利时那慕尔大学/武汉理工大学苏宝连院士团队和宁波大学舒杰教授课题组设计并组装出了一种全新的TiSe2-石墨钠双离子电池。在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“A Novel TiSe2-Graphite Dual Ion Battery: Fast Na-Ion Insertion and Excellent Stability”的观点文章。
该观点文章分析了钠双离子电池发展的现状和发展的制约因素，以及钠双离子电池正负极发展的情况。与其它钠双离子电池相比，新型TiSe2-石墨钠双离子电池可以显著地提升电池的动力学性能和循环稳定性。
图1. TiSe2-石墨双离子电池模型和电池的组装。
本文要点
要点一：原位探究
该工作通过原位XRD研究了钠离子在TiSe2中传输的机理，揭示了其嵌入过程中的四个相变过程（Na0.25TiSe2 Na0.75TiSe2 Na0.8TiSe2 NaTiSe2）。并且，作者对嵌入和脱出过程中TiSe2层间距的变化进行了详细的分析，丰富了钠离子在TiSe2中传输机理理论知识，为进一步开发新型性能优异的负极材料提供理论指导。
要点二：DFT分析
为了进一步深入分析钠双离子电池机理，通过密度泛函理论（DFT）对钠双离子电池正负极中阴离子和阳离子脱嵌过程进行了理论计算。结果表明，TiSe2具有较好导电性和优异的扩散动力学性能，且在石墨层间中六氟磷酸根离子主要沿着低能垒的（100）方向传输。
要点三：双离子电池组装
基于正负极良好的匹配性，该工作中设计的新型TiSe2-石墨钠双离子电池展现出优异的电化学性能。与其它钠双离子电池相比，TiSe2-石墨钠双离子电池具有体积变化小、成本低、导电性好等优点。这项工作为钠双离子电池的发展提供了新的思路。
本文链接
A Novel TiSe2-Graphite Dual Ion Battery: Fast Na-Ion Insertion and Excellent Stability
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202105439
通讯作者介绍
苏宝连 院士
欧洲科学院院士、比利时皇家科学院院士、中国政府友谊奖获得者、武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室生命复合材料研究团队带头人，获教育部“长江学者”创新团队称号，中国侨联“创新团队”创新奖。比利时那慕尔大学终身教授，无机材料化学实验室创建主任，获比利时联邦“Francqui Chaire”荣誉，世界化学最高组织国际纯粹与应用化学联合会新材料与合成杰出贡献奖、国际胶体与界面瓦申（Darsh Wasan）杰出贡献奖。他领导的生命复合材料团队主要研究方向为从仿生等级孔材料的合成与构筑出发，对特殊功能的细胞和生命体进行修饰改造，通过材料和细胞及生命体相互作用的研究，开发一系列生物相融的仿生复合新技术，制备具有不同生命功能的仿生复合材料。研究领域包括仿生等级孔材料设计理论及在能源储存及转化，催化，光催化，光合作用及人造器官等领域的应用。研究团队承担国家及省部级项目50余项。研究成果在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Matter，Nat. Comm.、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS、Adv. Mater.、Natl. Sci. Rev., Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater., Adv. Sci., Nano Lett., Nano Energy等国际期刊杂志发表学术论文530余篇，编辑撰写3本著作及13部包括“Natl. sci. Rev.”期刊专辑，获授权专利60余项，获2019年湖北省自然科学一等奖。
舒杰 教授
主要研究方向是二次电池材料与体系，包括水系与非水系单价离子电池、多价离子电池和双离子电池。浙江省优秀教师、浙江省三育人先进个人。入选浙江省院士结对培养青年英才计划、浙江省高校领军人才培养计划、浙江省151人才工程第二层次、宁波市领军和拔尖人才工程第一层次。获浙江省高校优秀科研成果奖等奖项10余项，承担国家863计划（子课题）1项、国家自然科学基金3项。近二十年来一直从事电化学储能材料与技术的研究，在Mater. Today, Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Energy Storage Mater., Chem. Mater.等学术期刊以通讯作者发表论文200余篇，获得授权发明专利20余项，获浙江省高校优秀科研成果奖等奖项10余项。
原文刊载于【科学材料站】公众号
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