AFM：金属1T相ReRe2助力钠离子电池宽温域快充

第一作者：李小峰

通讯作者：王然*，黄金祯*，姜思达*，宋波*

单位：哈尔滨工业大学

在全球低碳转型与交通领域环保需求持续增长的背景下，电动汽车作为替代传统燃油车的关键路径已获得广泛关注。作为电动汽车的核心能源载体，锂离子电池的技术发展有力推动了电动汽车的普及，但其在低温环境下充电速率下降与性能衰减的问题，仍制约着电动汽车的续航表现与市场进一步推广。为应对这一挑战，钠离子电池凭借其成本优势、快速充放电特性及良好的低温性能，近年来受到研究界的广泛重视。然而，钠离子电池仍面临根本性的科学难题：Na⁺在活性材料中的迁移动力学迟缓，固相扩散能力有限，严重影响了其电化学性能。因此，通过优选具备有利结构的材料体系，并对其局部结构进行精准设计与调控，以降低Na⁺在界面及体相中的扩散能垒，已成为提升钠离子电池综合性能的关键研究方向。

近日，来自哈尔滨工业大学的宋波教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Driving Fast-Charging for Sodium Ion Batteries in Wide Temperature Range by Metallic 1T Phase ReSe₂”的研究论文。该工作在理论预测的指导下，开发得到1T相含量高达84%的1T ReSe₂NSs电极，更长的Re-Se键使其在宽温度范围内表现出更高的快充性能。该研究强调了1T ReSe₂NSs在提高钠离子电池快速充电和低温性能方面的有效性，同时也为开发更丰富和更具成本效益的钠离子电池电极材料的局部结构设计提供了重要视角。

本研究采用理论预测指导的相工程策略，通过引入Se空位来获得金属1T ReSe₂电极材料。研究表明ReSe₂中从1T′ 到1T的相变延长了Re-Se键，促进了电子转移和Na⁺的扩散，克服了不同温度下反应动力学缓慢的问题。正如预期，优化后的1T相含量高达84%的1T ReSe₂电极在宽温度范围内表现出增强的快充性能。实现钠离子电池在室温下循环8000次后比容量为197 mAh g^-1@20 A g^-1，-40℃条件下循环465次后容量为136 mAh g^-1@1 A g^-1（容量保持率为60%）。

结合一系列原位和非原位光谱以及理论计算技术揭示了1T ReSe₂电极储钠性能提升的机理。研究发现，1T ReSe₂电极在储钠过程中无需经历明显的相变，直接生成NaxReSe₂，从而抑制体积膨胀。此外1T相作为电化学循环的活性相，有效保障了离子和电子的快速输运。因此1T ReSe₂电极显著增强了钠离子的反应动力学和结构稳定性，实现了钠离子电池在宽温域范围的快速充电。

Driving Fast-Charging for Sodium Ion Batteries in Wide Temperature Range by Metallic 1T Phase ReSe₂

宋波教授简介：哈尔滨工业大学航天学院教授，哈工大郑州研究院先进光电技术研究院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者（2022）、国家自然基金委优秀青年科学基金获得者（2017）。主要围绕第三代半导体碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)晶体/薄膜的生长与物理性质，磁光晶体/薄膜（YIG）的生长、新型二维层状纳米结构的可控制备与电化学性质开展研究。在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.等知名国际期刊发表SCI论文超过200篇，SCI他引超过15000次。获黑龙江省自然科学一等奖2项（排1、排3）。兼任英国皇家化学会会士（FRSC）、中国晶体学会理事、《人工晶体学报》编委等。团队建有青年科学家工作室，与美国、新加坡、西班牙、香港等国家和地区的多所高水平科研机构有合作关系。目前哈工大本部课题组主要以光电薄膜材料、器件的研究为主，哈工大郑州研究院课题组主要以新能源材料、器件的研究为主。

黄金祯教授简介：哈尔滨工业大学航天学院教授，国家级青年人才计划入选者（2025）。2015和2021年分别获得哈尔滨工业大学理学学士和工学博士学位，师从韩杰才院士和宋波教授。2018.12-2021.01期间在美国威斯康星大学麦迪逊分校化学系做访问学生，师从Song Jin教授。2021-2025年在瑞士保罗谢勒研究所（PSI）电催化和界面研究组，从事博士后研究，主要借助原位/非原位同步辐射技术研究纳米材料在电催化条件下的结构和电化学特性。以第一作者或共同通讯作者在Nat. Chem.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett.、Adv. Funct. Mater.等国际著名刊物发表研究论文，累计引用1900余次。

姜思达副教授简介：哈尔滨工业大学材料学院研究员，博士生导师，教育部空间环境与物质作用前沿科学中PI，主要从事微尺度亚稳态合金材料功能性研究、空间环境作用下材料微观机理及空间环境新材料研发等。近五年以第一/通讯作者身份在包括Adv. Funct. Mater.、Adv. Fiber. Mater.、Mater Design等高水平期刊发表研究论文超过50篇。

王然副研究员简介：哈尔滨工业大学副研究员、硕导，主要研究方向为二维材料的可控制备与电化学性能，在ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.等国际期刊上发表SCI论文20余篇。

课题组主页：https://homepage.hit.edu.cn/songbo?lang=zh