Unlocking Lewis‐Acid Catalysis and Crystalline Polyselenide Evolution for Ultra‐Stable Sodium‐Ion Batteries

材料科学 双金属片 硒化物 阳极 纳米技术 催化作用 化学工程 电极 异质结 电池(电) 纳米晶 能量转换 硫系化合物 金属 电化学 自行车 储能 纳米颗粒 可持续能源 双金属 电子 能量转换效率 过渡金属 工作(物理) 阴极 对分布函数 制作 复合数 工作职能
作者
Yijian Zhong,Weikuan Li,Zhixin Liang,Wei Zhang,Huang Tan,Sike Xie,Yujie Huang,Yingyu Liu,Jian Peng,Shiyun Xiong,Shaoming Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74019-e74019
标识
DOI:10.1002/adma.74019
摘要

ABSTRACT Metal selenides (MSes) are promising anodes for sustainable sodium‐ion batteries (SIBs), but their practical application is fundamentally hindered by sluggish kinetics, severe sodium‐polyselenide (Na x Se y ) dissolution, and structural degradation. Herein, we uncover that the poor cycling reversibility of SnSe 2 originates from localized electron distribution and high energy barriers, which hinder complete conversion during cycling. We further demonstrate that the in‐situ generated Sn intermediates function as stage‐selective catalysts, preferentially promoting the conversion of Na 2 Se 6 into soluble Na 2 Se 4 , leading to the accumulation of shuttle‐active intermediates and rapid capacity decay. Guided by theoretical calculations, a bimetallic selenide composite (Cu 2 SnSe 4 @NC) was rationally designed, where copper incorporation delocalizes electrons and weakens Cu─Se bonding, thereby accelerating the initial conversion reaction. Crucially, the in situ generated Cu/Sn heterostructure enables Lewis‐acid‐regulated and stepwise crystalline evolution of Na x Se y from Na 2 Se 6 to the final Na 2 Se, thereby substantially suppressing the solvation and shuttling of soluble intermediates. Consequently, the Cu 2 SnSe 4 @NC electrode achieves excellent cycling stability, retaining 95% of its capacity after 7000 cycles at 5.0 A g −1 in half‐cells and sustaining over 5000 cycles at 1.0 A g −1 in full cells. This work establishes a new design paradigm for fabricating ultra‐long lifespan MSes anodes toward scalable SIBs.
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