Synergistic Regulation of Polyselenide Dissolution and Na‐Ion Diffusion of Se‐Vacancy‐Rich Bismuth Selenide toward Ultrafast and Durable Sodium‐Ion Batteries

材料科学 硒化物 空位缺陷 离子 扩散 溶解 无机化学 化学工程 热力学 结晶学 冶金 有机化学 化学 工程类 物理
作者
Zeyu Lin,Wei Zhang,Jian Peng,Qinghua Li,Zhixin Liang,Gaoyu Wang,Junlin Wang,Guang Wang,Zhijiao Huang,Shaoming Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (46) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/aenm.202402110
摘要

Abstract Metal selenides (MSes) have great potential as candidate anode materials in high‐specific‐energy sodium‐ion batteries (SIBs) but are plagued by rapid capacity degradation and slow kinetics. Here, it is reveal that the Bi 2 Se 3 anode discharge process involves multiple‐types of sodium polyselenides (Na‐pSe x ) which suffer from terrible dissolution and shuttling properties. Based on these observations, a nanoflower‐like composite of dual carbon‐confined Bi 2 Se 3− x crystallites is designed via facile defect chemistry. The robust dual N‐doped carbon layer suppresses the precipitation and aggregation of Bi 2 Se 3 , significantly alleviating the dissolution and shuttle effect of Na‐pSe x . Theoretical calculations indicate that the pyridine/pyrrole nitrogen sites exhibit strong van der Waals resistance and chemisorption properties against Na 2 Se 4 and Na 2 Se 2 . Furthermore, the abundant Se vacancies improve the inherent conductivity of Bi 2 Se 3 , reduce the diffusion barrier of Na + , and accelerate the reaction kinetics. Consequently, the resulting Bi 2 Se 3− x @DNC electrode exhibits extraordinary durability (over 2000 cycles at 10.0 A g −1 ) and high‐rate capability (354.4 mAh g −1 at 75.0 A g −1 ), propelling the battery performance to new heights. Encouragingly, the assembled hybrid capacitor displays competitive rate performance and an ultra‐long lifespan exceeding 40 000 cycles, making the Bi 2 Se 3− x @DNC electrode a promising candidate for SIBs.
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