孙书会教授，窦世学教授，王志明教授 ACS NANO: 一种新兴的能源储存体系：先进的钠硒电池- 大数跨境

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孙书会教授，窦世学教授，王志明教授 ACS NANO: 一种新兴的能源储存体系：先进的钠硒电池

科学材料站

2021-04-06

导读：本文首先介绍了从钠离子电池到室温钠硫电池再到钠硒电池的发展历程，并指出了钠硒电池的优势

文章信息

一种新兴的能源储存体系：先进的钠硒电池

通讯作者：孙书会*，窦世学*，王志明*

单位：，电子科技大学，澳大利亚伍伦贡大学，加拿大魁北克国立科学研究院，台湾国立清华大学

研究背景

钠离子电池作为后锂离子电池时代具有代表性的电化学储能系统，显示出资源丰富、成本低廉的优势。近年来，钠离子电池电极材料的研究和开发受到了研究人员的广泛关注，并取得了很大进展。大量的负极材料已经被报道并表现出优异的性能，而如聚阴离子化合物、有机材料、层状氧化物材料等正极材料虽然和可以支持钠离子的可逆嵌入与脱出，但它们表现出低容量或低电压，这大大限制了钠离子电池的整体能量密度。

受锂硫电池的启发，人们开发了室温钠硫电池，希望高容量的硫能提高钠的储存性能，促进钠离子储存技术的发展，但硫的低电导率使其活性物质利用率相对较低、有限的容量输出，以及多硫化钠的穿梭效应，使得钠硫电池的容量衰减快。

因此，人们用与硫同族的硒来代替硫，构建了钠硒电池。与硫相比，硒具有更好的导电性，有助于提高活性物质的利用率。硒正极在酯类电解液中的兼容性高，相对稳定。重要的是硒的理论体积容量与硫的非常接近。近年来，研究人员对这种新兴的钠硒电池体系进行了一系列的研究，包括电化学机理、材料设计等，并提出了许多优化策略。

文章简介

基于此，中国的电子科技大学的王志明教授与澳大利亚伍伦贡大学的刘华坤院士、窦世学院士，加拿大魁北克国立科学研究院孙书会教授，台湾国立清华大学阙郁伦教授联合撰文，在国际知名期刊ACS Nano上发表了题为“An Emerging Energy Storage System: Advanced Na-Se Batteries”的综述文章。

本文首先介绍了从钠离子电池到室温钠硫电池再到钠硒电池的发展历程，并指出了钠硒电池的优势；接下来，介绍了钠硒电池的电化学机理并基于此详细总结了钠硒电池所面临的核心挑战；

在此基础上，又全面总结了钠硒电池在正极材料的研究进展，如碳材料的设计，极性材料的应用以及硫硒合金的探索；不仅如此，基于钠硒电池目前的研究进展，他们还给出了一系列有潜力的提升策略去帮助解决钠硒电池的困境，提升其电化学性能；

最后，对钠硒电池的发展做了简要的总结并对其未来发展方向做了展望。

本文要点

要点一：钠硒电池的电化学机理与钠硫电池相似，但由于硒的性质与硫的性质不完全相同，钠硒电池的电化学机理也存在一定的差异。同时，钠硒电池也遇到了一系列的挑战，如低反应活性、穿梭效应、钠枝晶生长等。

因此，本文首先探讨了钠硒电池的一般电化学机理，并在此基础上指出了钠硒电池面临的核心挑战。

要点二：虽然硒的理论容量低于硫，但其电导率比硫的电导率高出许多数量级，其理论体积容量与硫相当，这意味着它可以用于构建高体积能量密度的钠电池。

硒在不同电解液中的电化学行为完全不同。在酯电解质中，它整体性能良好，但在普通浓度醚类电解液中，它经常遇到容量快速衰减和电池失效。其正极材料设计也取得了很大的进展，许多碳材料作为其宿主材料得到了开发。

因此，本文主要总结了钠硒电池正极材料的研究进展。

要点三：钠硒电池的挑战不完全在于正极，还与电解液和负极有关。因此，在正极设计之外的许多改进策略也可能对解决钠硒电池的挑战、提高电化学性能起到重要作用。

因此，本文提出了一系列可供参考的提升策略，以促进钠硒电池系统的发展。

文章链接

An Emerging Energy Storage System: Advanced Na-Se Batteries

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202004369

通讯作者介绍

王志明教授，国家领军人才/基础与前沿研究院院长/电子科技大学教授/博导。

王志明教授所领衔的信息材料与器件（Information Materials and Devices）团队长期从事清洁可持续能源转化与储存相关的材料设计与器件的研究，并长期招收具有物理、化学、材料科学与工程、电子科学与技术等学科背景的硕士、博士、博士后，欢迎有志之士到王志明教授的课题组从事电池、电容器、先进能源材料、柔性电子材料与器件等方面的研究。有意愿者可以支持到美国、加拿大、澳大利亚、德国、瑞士等国家以及知名课题组联合培养、访学和深造。