二维（2D）层状材料普遍存在电子传递受阻、结构稳定性差等问题，限制了其在高倍率、长寿命钠离子电池（SIBs）中的应用。为了满足高性能SIBs的要求，需要综合考虑离子/电子通道、结构稳定性和内部空间，但合理设计2D层状材料仍然具有一定的挑战性。有限元模拟是加速寻找有前途空心结构的一种有力工具。
近日，厦门大学孙世刚院士，廖洪钢，湖北大学梅涛报道了构建了三种碳材料，包括空心双凹结构、空心碗和空心球，研究了von Mises的应力分布，其中空心双凹碳在体积膨胀后的应力分布最低。基于此，提出了一种双凹缓解策略，从黑曲霉（A.niger）衍生的碳（ANDC）构建空心双凹ANDC/MoS2。ANDC/MoS2负极材料表现出优异的电化学性能，在储钠和储锂方面具有广阔的应用前景。
文章要点
1）研究人员通过拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射谱（XRD）和非原位高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究了ANDC/MoS2负极材料中的连续插层−转化相变过程。
2）ANDC/MoS2负极具有以下优点：首先，从纳米结构设计的角度来看，空心双凹结构为快速氧化还原反应提供了丰富的电荷储存位点，而本征杂原子掺杂增加了活性物质的亲和力，也促进了电子的转移。其次，空心双凹面ANDC/MoS2作为SIB的负极，循环性能提高了7倍，在1 A g−1下1000次循环后的放电容量为496 mAh g−1，容量保持率为94.5%，每次循环容量衰减率为0.0055%。相比之下，裸MoS2纳米片在相同条件下的放电容量仅为73.6 mAh g−1，容量保持率为14%。第三，原位TEM进一步揭示了ANDC/MoS2的空心双凹结构能够在不改变结构的情况下，在充电−放电的前五个循环中可以稳定、快速地镀钠/脱钠。
这种从微生物中设计高性能的储钠负极材料提供了一条途径，也有望应用于其他储能技术中。
参考文献
Shiyuan Zhou, et al, A “Biconcave-Alleviated” Strategy to Construct Aspergillus niger-Derived Carbon/MoS2 for Ultrastable Sodium Ion Storage, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c05590
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05590
