我校刘明凯博士在 Nature Communications 发表最新学术成果

当今，锂电池与人们的生活密切相关，在生产和生活的各个领域发挥着不可替代的作用，但地球上锂资源十分有限，且开采成本高，开发一种替代电池成为研究人员的努力方向。相较于锂元素，钠的“自然丰度”和“易获取性”都要胜出许多，使得钠离子电池（Sodium ions,SIBs）有望成为下一代储能系统中最有前途的替代者。然而，钠离子的半径大于锂离子，阻碍了电化学界面反应动力学，钠离子嵌入/脱出效率低，导致传统的锂离子电池材料不适用于钠离子电池。目前，钠离子电池较差的倍率性能已被认为是一个巨大的挑战。

　　在过去十年中，人们致力于开发有前景的二维结构材料，如磷、碳质材料、金属合金和二维碳化物等，以改善钠离子电池的电化学性能，尤其是促进其倍率性能的提升。其中，二维二硫化钼（MoS2），作为一种由范德华力叠加在一起的具有S-Mo-S基序的层状过渡金属材料，被认为是SIBs最有前景的材料之一。然而，由于导电率低和充放电过程中体积变化大，基于MoS2的电极在循环过程中呈现出较差的速率能力和快速的容量衰减。

　　为了同步提高钠离子在二硫化钼材料中的储存量和快速嵌入/脱出性能，刘明凯和赖超课题组通过高分子聚丙烯腈（PAN）协助碳纤维在石墨烯层间的垂直穿插，构筑了类似于楼层-支柱概念的微观结构（如图1所示），（1）不仅为二硫化钼材料的大量、高效负载提供了合理的空间位置；（2）碳纤维/石墨烯的穿插结构也为电子的穿梭提供了良好的传输通道；（3）弹性多孔结构为电解液离子的快速浸润提供了可靠路径，有效缩短了钠离子与活性材料界面之间的传输距离；（4）由于其均匀沉积，MoS2纳米的所有活性位点片材可以完全暴露在电解质和钠离子下，从而为MoS2@CNFIG混合电池产生高能量密度。此外，本研究中的MoS2@CNFIG混合电极表现出良好的速率性能和长期的循环稳定性。可以为开发具有稳定内部结构的新型能量相关电极提供新的视角。

刘明凯：1985年4月生，博士，副教授。研究方向为高分子基纳米复合材料设计与构筑、多尺度异质结材料的设计及功能化。以第一作者/通讯作者在NatureCommunications，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Commun.等刊物发表SCI论文近30篇，论文总被引用超过1000余次；主持国家自然科学基金1项、江苏省自然科学基金1项。

　　赖超：1985年4月生，博士，教授。主要致力于高比能金属锂电池以及界面电化学的研究工作。以第一和通讯作者先后在Nat. Commun.，J. Am. Chem.Soc.，Adv. Mater.，Adv. Funct.Mater.，Adv. Sci.，Energy StorageMater.等顶级学术期刊上发表论文10余篇。先后主持国家自然科学基金3项、徐州市重点研发1项。