雖然鋰離子電池是可持續(xù)能源技術的未來，但與提高電池容量相關的負極體積的劇烈波動，令人擔憂其安全性。最近，來自韓國的研究人員發(fā)現(xiàn)，將硒化錳負極嵌入3D碳納米片基質是一種創(chuàng)新、簡單、低成本的方法，可以減少劇烈的體積膨脹，同時提高這些電池的能量密度。

用于電動設備和電動汽車的可再生能源鋰離子電池(LIBs)作為新一代能源解決方案備受關注。然而，目前使用的鋰離子電池負極存在離子電導率低、充放電過程中結構變化大、比容量低等諸多不足，限制了電池的性能。

為了尋找更好的負極材料，韓國海事大學的 Jun Kang 博士和韓國釜山國立大學的同事設計了一種負極，由于其獨特的結構特點，克服了許多現(xiàn)有的陽極效率障礙。Kang博士解釋說：“我們專注于硒化錳 (MnSe)，這是一種經(jīng)濟實惠的過渡金屬化合物，以其高導電性和在開發(fā)半導體和超級電容器中的適用性而聞名，它可能是高級鋰離子電池陽極的候選材料。” 然而，MnSe 在充放電循環(huán)過程中會發(fā)生劇烈的體積變化（約160%），這不僅會降低電極的性能，還會帶來安全問題。

為了防止這種體積變化，上述研究人員開發(fā)了一種簡單且低成本的工藝：他們將 MnSe 納米顆粒均勻地注入三維多孔碳納米片基質（3DCNM）中。在新開發(fā)的負極材料（他們稱為“MnSe ? 3DCNM”）中，碳納米片支架賦予了被固定的 MnSe 納米顆粒許多優(yōu)點，例如大量的活性位點和與電解質的接觸面積增加，并保護它們免受劇烈體積膨脹的影響。

研究人員合成了多種MnSe?3DCNM材料。其中，他們發(fā)現(xiàn)MnSe?3DCNM-1.92具有最佳的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力。當在整個電池中與鋰錳(III,IV)氧化物(LiMn2O4，一種常用的正極材料)結合時，研究小組觀察到MnSe?3DCNM-1.92顯著地繼續(xù)表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學性能，包括優(yōu)越的鋰離子和電子傳輸動力學!

團隊對他們的成就所帶來的潛在影響感到興奮。正如Kang博士解釋的那樣，“使用有益的填充支架，我們開發(fā)了一種可以提高電池性能同時允許可逆能量存儲的負極。這種策略可以作為其他具有高表面積和穩(wěn)定納米結構的過渡金屬硒化物的指南，應用于存儲系統(tǒng)、電催化和半導體領域?！?/p>