近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在钠离子电池研究方面取得新进展，相关成果以“High-Capacity and High-Rate Sodium Storage of CoS₂/NiS₂@C Anode Material Enabled by Interfacial C-S Covalent Bond and Mott–Schottky Heterojunction”为题发表于《Chemical Engineering Journal》（TOP期刊，JCR 1区，IF=15.1）。

钠离子电池具有更高的理论能量密度和充足的天然资源，引起了研究者们的极大兴趣，并被认为能够部分取代锂离子电池。然而，与锂离子电池相比，钠离子电池负极材料仍存在失活、结构不稳定等较多挑战。过渡金属硫化物是一类重要的钠离子电池负极材料。相比传统的碳基负极材料，过渡金属硫化物具有更高的理论比容量、更好的离子传输性能和更好的循环稳定性。此外，过渡金属硫化物还具有资源丰富、成本低廉、可持续发展等优点。但是，过渡金属硫化物材料中存在一些挑战，如结构不稳定性、导电性差、容量衰减等。

为了克服这些挑战，人们提出了许多有效的策略。构建异质结是一种有效的方法，如果设计得当，异质结内部的电场效应将提高载流子输运和电极活性，从而有效地提高钠存储性能。受半导体物理学的启发，莫特肖特基异质结是在金属和半导体界面上形成的结。当金属和半导体发生亲密接触时，电子将自发地从功函数较低的材料流过界面，流向功函数较高的材料。电子流动可以诱导电荷重新分布并产生内置电场，促进钠离子吸附和电子运输，从而加速电化学反应动力学。除了构建异质结外，在一些碳基体中嵌入转换型阳极材料也被认为是提高钠储存性能的另一种有效方法。对于过渡金属硫化物，碳基体可以提高其电导率。此外，在反复充放电过程中，碳基体还可以抑制硫化物的体积变化，捕获溶解的多硫化物中间体。

本工作成功地合成了嵌入在碳基体上的CoS₂/NiS₂莫特肖特基异质结，并将其作为钠离子电负极材料，表现了出色的电池性能。通过原位/非原位测量和理论计算，研究了性能增强的潜在机制。这项研究为开发高性能钠离子电池电极材料迈出了重要的一步。

合成示意图，理论计算以及钠存储性能

该论文第一作者为21级博士生郑辉，通讯作者为张久俊院士，颜蔚研究员，刘尧博士。该项研究工作获得国家重点研发计划(2020YFB1505802)的资助。

论文来源：Hui Zheng, Maojun Pei, Ruoxue Qiu, Dakai Ma, et al. High-Capacity and High-Rate Sodium Storage of CoS₂/NiS₂@C Anode Material Enabled by Interfacial C-S Covalent Bond and Mott–Schottky Heterojunction [J]. Chemical Engineering Journal, 2023.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146801