被用作钠离子电池阳极材料的锰基金属纳米立方体

MnSe2纳米立方体作为钠离子电池阳极的系统介绍。左上图为MnSe2的晶体结构;右上图为MnSe2纳米立方体的TEM图像。底部图为钠离子电池0.1A/g时的循环性能和库仑效率。

由于钠元素的丰富储量和相对廉价的获取成本，钠离子电池逐渐成为锂离子电池技术的潜在替代品。尽管最近关于钠离子电池的研究取得了进展，但对于高性能阳极材料的需求仍然十分迫切。来自香港理工大学的研究人员探索了一种新的选择，即在阳极材料中选择过渡金属硒化物的微小立方体，取得了良好的效果。

“现有的钠离子电池负极材料仍然不如锂基电池好，碳材料(即石墨)显示出良好的循环稳定性，但是具有相对较低的可逆容量，而基本物质(即Sb和P)和一些过渡金属氧化物(即Fe2O3和CuO)显示出高理论容量，但是他们的循环稳定性比较差。”文章的主要作者刘淑萍(音)说道。

最近，过渡金属硒化物，例如Cu2Se、MoSe2和FeSe2等这一类材料，已经在钠离子电池的研究上显示出了优势。通过将过渡金属颗粒的尺寸从微米级缩小到纳米级已经被证明是一种行之有效的办法。刘和他的同事钱嘉盛(音)也扩大了搜索范围，包括MnSe2颗粒。Mn基化合物具有高丰度、低成本和无毒性的附加吸引力。但是，到目前为止，他们还没有测试过MnSe2作为钠离子电池电极材料的可行性。

刘和钱使用简单且可扩展的水热法合成了MnSe2纳米立方体。在加入水合肼之前，首先将前体材料MnSO4、Se和柠檬酸分散在水中。搅拌1小时后，将混合物在180℃下高压灭菌12小时。所制备的黑色粉末包含直径小于200nm的纳米颗粒，且具有立方黄铁矿结构。

“我们展示了一种简单且可扩展的方法来合成具有高产率和高结晶度的MnSe2纳米立方体，”刘说。

由制备的MnSe2纳米立方体与炭黑和涂覆在铜箔上的纤维素基粘合剂的混合物制造测试电极。Lau认为，这种材料对Na离子电池很有前景，因为它具有很高的理论存储容量(503mAh?g-1)，在空气中非常稳定，且无毒。在测试电池中，在二甘醇二甲醚基电解质中具有Na金属对电极，MnSe2纳米立方电极在100次循环后保持超过90%的容量。

“MnSe2纳米立方体的循环容量已经超过其他金属硒化物和石墨阳极，”Lau指出。

研究人员表示，仍有很大的改进空间。MnSe2纳米立方体的电导率可以更好并且复杂的氧化还原行为可以允许发生不希望的副反应。

“需要进一步优化MnSe2纳米立方体的倍率性能，而最初的库仑效率需要进一步提高，”Lau补充说。

研究人员现在正在探索MnSe2纳米立方体是否可以直接在导电基底上生长，以避免这些问题。