樊新教授、邹国强教授，刘嫦老师，杨广场老师 AFM上发表：基于表面工程的高效应力耗散以构建超快超稳的钠离子电池

第一作者：谢贻顺

通讯作者：杨广场*，刘嫦*，邹国强*，樊新*

单位：桂林理工大学，广西师范大学，中南大学，湖南工程学院，贺州学院

随着钠离子电池在大规模储能领域展现出日益广阔的应用前景，开发兼具高容量与长循环寿命的负极材料已成为当前的研究热点。在众多候选材料中，过渡金属硒化物如FeSe2，因其高导电性和良好的反应动力学而备受关注。然而，FeSe₂基负极材料在实用化进程中仍面临严峻挑战。其储能机制依赖于Na⁺在充放电过程中的反复嵌入与脱出，这一过程会引发显著的晶格膨胀与相变。随着电化学反应的持续进行，机械应力在电极材料内部逐渐积累，成为导致结构退化和电化学性能失效的根本原因。这种应力累积直接表现为材料结构的不可逆破坏、容量的快速衰减以及较差的循环稳定性。因此，如何有效缓解循环过程中的机械应力，提升电极材料的结构稳定性，已成为实现FeSe₂等过渡金属硒化物负极材料长期稳定运行并推动其实际应用的关键科学问题。

近日，来自桂林理工大学的樊新教授与中南大学的邹国强教授合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Effective stress dissipation by surface engineering to achieve ultrafast and ultra-stable sodium-ion batteries”的文章。该文章以密度泛函理论（DFT）计算和有限元模拟为指导，设计了一种应力耗散策略，并通过在FeSe2表面构筑Co3B2O6包覆层成功实现。Co3B2O6表现出优异的机械强度和应力缓冲能力，能有效耗散循环中体积膨胀产生的应力，维持结构稳定性。此外，Co3B2O6包覆层凭借其拓扑结构提供了多重离子迁移通道，促进了快速反应动力学。

基于密度泛函理论计算与有限元模拟的指导，提出了一种通过表面改性的应力耗散策略，以实现钠离子电池负极材料的结构稳定性。通过在FeSe2表面构建Co3B2O6包覆层，有效缓解了因体积膨胀引起的局部应力集中。在300 mA cm-2的高电流密度下，Co3B2O6@FeSe2的最大冯·米塞斯应力（72.66 MPa）较原始FeSe2（116.83 MPa）显著降低。此外，Co3B2O6包覆层凭借其拓扑结构可为Na⁺提供多重扩散路径，从而实现快速的离子反应动力学。因此，Co3@FeSe2展现出超快且超稳定的钠离子存储性能。基于上述优势，Co3@FeSe2在20 A g-1的高倍率下展现出578 mAh g-1的优异倍率容量，在15 A g-1电流密度下循环1500次后仍保持498 mAh g-1的高比容量，容量保持率高达94.7%。本研究表明，采用具有应力耗散功能的包覆层进行表面改性，是实现高性能钠离子电池转化型负极结构稳定性的有效策略。

“Effective stress dissipation by surface engineering to achieve ultrafast and ultra-stable sodium-ion batteries”

樊新教授简介：本科、硕士和博士均毕业于中南大学。2010年加入桂林理工大学，现为材料科学与工程学院教授，博士研究生导师。长期超级电容器、水系锌离子电池、锂/钠离子电池电极材料的功能导向设计、可控合成、反应调控以及构/效关系机理等研究及其在能量储存与转化中的应用。研究重点以生物质废弃物为原料合成锂/钠离子电池与超级电容器用新型电极材料和电化学反应机理、微纳米化学电源器件的组装及其在能源材料和生物传感器等方面的应用。相关成果发表在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Small Methods、Small、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Energy Storage、Composites Communications、Journal of Alloys and Compounds、International Journal of Minerals Metallurgy and Materials等期刊。担任Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Small Methods、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Energy Storage、Journal of Alloys and Compounds等期刊审稿人。至今已发表论文60余篇。