新能源发电、智能电网、电动汽车等领域的发展，需要先进的大规模储能技术支撑。目前，最常见的电化学储能装置——锂离子电池，面临着锂资源有限、价格昂贵等问题，难以满足其可持续发展，亟需探索低成本、高效规模储能技术。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理，然钠资源丰富、价格低廉。因此，钠基电池在规模储能领域具有显著的优势和巨大的应用潜力。然而，钠离子具有较大的离子半径，商用锂离子电池的负极材料石墨无法适用于钠离子电池，因此，开发新型高性能钠离子电池负极材料至关重要。层状二硫化钼（MoS₂）是具有类石墨烯结构的金属硫化物，S-Mo-S层间通过弱范德华力结合，具有较大的层间距，有利于钠离子的嵌入/脱出，是一种极具潜力的储钠材料。然而，MoS₂在嵌钠/脱钠过程中伴随着体积膨胀/收缩，容易导致电极破碎失效和容量的快速衰减。此外，MoS₂自身较差的导电性也限制了其电化学性能的发挥。

针对这一问题，我院王红康副教授课题组采用模板结合纳米铸造(Nanocasting) 的方法，成功设计并构筑了由超薄MoS₂/C中空/多孔球相互交联形成的三维等级结构。借助模板剂（均一氧化硅球）的引入并去除，实现了电极材料的三维多孔等级构筑，避免了材料堆叠团聚，提高了电解液-电极界面接触性能。碳源的引入，使得MoS₂（002）晶面层间距显著增加，同时提高了材料的结构稳定性和导电性。作为钠离子电池材料，该电极实现了结构稳定性、导电性和界面接触性能的有机结合，表现出了优异的储钠容量、循环稳定性和高倍率性能，在2A/g大电流密度下循环500圈容量仍能保持412mAh/g（高于锂电池石墨负极的理论比容量372mAh/g），甚至在10、20和50A/g大电流密度下循环5000圈，容量仍能分别保持在156、128和76mAh/g（目前常用钠电正极Na₃V₂(PO₄)₃和NaFePO₄的理论分别为~118和154mAh/g）。该材料表现出了优异的赝电容储钠性能，对于开发兼具高能量密度和高功率密度的赝电容储能设备（如钠离子电容器）具有重要的指导意义。该研究工作以“Constructing Three-Dimensional Ordered Porous MoS₂/C Hierarchies for Excellent High-Rate Long-Life Pseudocapacitive Sodium Storage（构筑三维有序多孔MoS₂/C等级结构实现优异高倍率长寿面赝电容储钠性能）”为题，发表在国际化学工程领域top期刊Chemical Engineering Journal (化学工程，影响因子10.652)，西安交通大学为该论文的唯一作者单位，电气学院王红康副教授为通讯作者兼第一作者（材料结构设计、合成与论文撰写），博士生姚天浩为学生第一作者（材料结构表征、电池测试、数据分析与论文撰写）。

此外，针对硫化物负极材料在嵌脱钠过程中体积变化所导致的结构应力和电极破碎失效问题，课题组以钴钼-甘油实心球为前驱体，通过控制水热硫化时间，实现了CoMoO_xS_y核壳中空结构到CoMoS_y空心球结构的有效调控，发现核壳结构可以有效缓解电极材料在嵌钠/脱钠过程中的体积膨胀/收缩，从而提高材料的结构稳定性。该研究工作以“Synergizing Phase and Cavity in CoMoO_xS_yYolk–Shell Anodes to Co‐Enhance Capacity and Rate Capability in Sodium Storage（物相/腔体协同调控增强CoMoO_xS_y核壳结构负极储钠容量和倍率性能）”为题发表在材料领域top期刊Small (影响因子11.459)。论文第一作者为电气学院博士生王金凯，通讯作者为电气学院王红康副教授和澳大利亚国立大学的殷宗友副教。

以上研究工作得到了西安交通大学青年拔尖人才支持计划、基本科研业务费（青年跟踪项目）、电力设备电气绝缘国家重点实验室自主研究项目、陕西省“高层次人才特殊支持计划”项目的共同资助，西安交通大学分析测试共享中心提供了TEM等技术支持。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720313772

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202002487

图文：储能中心