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徐志偉/王家鈞ACS Nano：過渡金屬硒化物結構調控提高儲鉀穩(wěn)定性的機理研究

原子級結構工程是減少電池負極機械退化和提高離子傳輸動力學的有效策略，然而，潛在的摻雜科學以及容量退化與機械行為的相關性仍不清楚。

在此，天津工業(yè)大學徐志偉教授聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學王家鈞教授等人選擇了一種用于鉀離子電池（PIB）的典型的六方纖鋅礦負極，即由超薄納米片構建的Mn摻雜ZnSe花球，以研究Mn摻雜劑如何提高循環(huán)性能。

通過先進的同步輻射X射線顯微斷層掃描技術、納米壓痕和DFT計算，作者證明了Mn摻雜的ZnSe花球可以成功地適應鉀化/脫鉀時的結構變化，而高機械剛度的二維交錯納米片可以顯著提高電極和電解液之間的接觸面積。

圖1. 基于ZnSe和Mn摻雜的ZnSe的PIB的電化學性能

這種從電子結構調制到晶格機械應力強化的摻雜效應可以有效抑制晶內裂紋并提高循環(huán)穩(wěn)定性，這表明了一種對抗基于轉化的負極機械分解的策略。

更重要的是，開發(fā)的簡單有效的元素取代方法也可以擴展到設計和制造其他金屬物種（例如，Na⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺）取代的過渡金屬硫屬元素化物負極。該研究對基于轉換的負極摻雜工程的全面理解為設計高性能電極材料提供了啟示。

圖2. 鉀離子擴散和容量下降的機制研究

Mechanistic Insights into the Structural Modulation of Transition Metal Selenides to Boost Potassium Ion Storage Stability, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04493

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