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溫珍海/詹紅兵InfoMat：Na-Te電池，1000次循環(huán)每圈衰減0.0062%！

鈉碲（Na-Te）電池由于其高理論容量和豐富的鈉源而被認為是一種有前景的電池技術，但其實際應用面臨著如何緩解Na負極不可控枝晶生長和Te正極聚碲化合物穿梭效應等關鍵問題的艱巨挑戰(zhàn)。

為此，中科院福建物構所溫珍海研究員、福州大學詹紅兵教授等人精心設計制備了一種具有三維（3D）分層多孔碳負載CeO₂量子點的微球骨架納米雜化物（CeO₂-QDs/HPC），并將其作為Na-Te電池的Na負極和Te正極的雙功能主體。首先，作者通過在SiO₂納米球表面上快速聚合六氯環(huán)磷腈和4,4′-磺酰基二苯酚制備SiO₂@聚合物微球，隨后熱解去除SiO₂納米球產(chǎn)生了分層互連的多孔碳微球（HPC）。之后，將CeO₂-QDs均勻固定在HPC表面得到CeO₂-QDs/HPC。

結合DFT計算的系統(tǒng)研究表明，CeO₂-QDs/HPC不僅作為正極主體時提供了有利的結構和豐富的電催化位點，從而促進Te和Na_xTe之間的相互轉化。同時，該雜化物作為負極主體時還由于其親鈉特性抑制了電鍍/沉積過程中的枝晶生長。

圖1. CeO₂-QDs/HPC的合成過程和結構表征

進一步，作者將Te/CeO₂-QDs/HPC正極和Na/CeO₂-QDs/HPC負極配對形成 Na-Te全電池，即Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC。電化學測試表明，該全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的高容量（392 mAh g^-1@0.2 C）、倍率性能（285 mAh g^-1@10 C、255 mAh g^-1@20 C）及長循環(huán)穩(wěn)定性（10 C下1000次循環(huán)后仍保持260 mAh g^-1的穩(wěn)定可逆容量且每循環(huán)衰減率僅為0.0062%）。

甚至，作者組裝的Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC軟包電池也可運行超過60個循環(huán)，并在 0.5 C時提供192 Wh kg^-1的能量密度。作為概念驗證演示，使用由兩個軟包電池組成的串聯(lián)電池可點亮由43個LED組成的“NaTe”標志。總之，這種雙功能的活性電極材料主體設計為高性能Na-Te電池的發(fā)展提供了新的思路和方向。

圖2. Te/CeO₂-QDs/HPC||Na/CeO₂-QDs/HPC的電化學性能

CeO₂ quantum-dots engineering 3D carbon architectures toward dendrite-free Na anode and reversible Te cathode for high-performance Na-Te batteries, InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12343

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