原子级结构工程是减少电池负极机械退化和提高离子传输动力学的有效策略。

近日，天津工业大学徐志伟教授，哈工大王家钧教授报道了采用同步辐射X射线显微层析成像、纳米压痕和密度泛函理论（DFT）研究了Mn掺杂ZnSe的电化学机理。

文章要点

1）研究人员详细探讨了电极组分的定量、Mn对ZnSe电子结构的调制以及活性物质的体积膨胀。掺杂通过降低晶体结构的体积膨胀、提高材料的强度和弹性模量、改善材料的导电性来改善钾离子电池（PIBs）的电化学性能。

2）研究发现，掺杂Mn的ZnSe作为电池负极具有一系列固有的优点，包括较高的电导率、较低的机械应力、较快的离子扩散动力学等。此外，密度泛函理论（DFT）计算和纳米压痕技术表明，Mn掺杂ZnSe在钾化过程中表现出较低的体积膨胀系数和扩散能垒，并对复合电极中的复杂行为提供了力学上的理解。

3）实验结果显示，与其他负极材料相比，Mn掺杂ZnSe具有形貌可控、高比容量等优点。

Mn掺杂的ZnSe过渡金属硒化物具有高容量、价格低廉、性能优异等优点，为能量转换和储能材料的设计和制备提供了方向。所提出的高效的元素替代方法也可以推广到其他金属物种（如Na²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Fe³⁺）取代的过渡金属硫系化合物负极的设计和制造，使其具有精细调制的物理化学性能，并可用于其他储能技术。

参考文献

Shuaitong Liang, et al, Mechanistic Insights into the Structural Modulation of Transition Metal Selenides to Boost Potassium Ion Storage Stability, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c04493

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04493