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　　近日，材料与能源学院吴孟强教授领衔的先进电能源技术研究中心在国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上发表题为“Graphene oxide-template controlled cuboid-shaped high capacity VS4 nanoparticles as anode for sodium ion batteries”的研究论文。先进电能源技术研究中心博士生王思哲和讲师巩峰为该论文的共同第一作者，廖家轩研究员为联合通讯作者，电子科技大学材料与能源学院为第一作者单位以及第一通讯单位，合作研究单位包括美国橡树岭国家实验室、加拿大西安大略大学、加拿大魁北克水电研究院等。《先进功能材料》是材料科学领域顶级期刊之一，收录了材料领域的前沿优秀论文，目前影响因子为12.124。

　　钠离子电池的最初研究源于上世纪70年代，但是由于上世纪90年代锂离子电池的成功商业化而减少。近年来，在可持续发展能源钠的需求下，钠离子电池因其丰富的钠矿储量以及环境友好而再一次被研究学者们重视并开始了新的研究。相比传统锂离子电池，除了明显的成本优势，钠离子因其更低的去溶剂化能以及活化能势垒而具有更优的离子迁移能力和离子脱嵌动力。因此，钠离子电池已经成为最适合替代传统锂离子电池的新型储能器件之一。

　　近年来，大量的材料比如碳基材料、层状氧化物、含钠合金、过度金属硫化物等都被尝试用于钠离子电池，然而由于钠离子半径较大，在充放电过程中容易造成材料体积膨胀粉化，因而造成明显的容量衰减。同时，低的充放电比容量成为限制钠离子电池应用的另一个主要因素。绿硫钒石（四硫化钒矿物）最早发现于1906年，1964年才确定其明确的晶体结构，直到2013年才首次人工合成四硫化钒晶体。四硫化钒（VS4）具有独特的平行链状结构，链间距达到5.83Å，因而可以提供充足的钠离子嵌入/脱出空间。同时作为一种富硫材料，VS4的理论比容量高达1197mAh/g。因此，VS4具有良好的储钠应用前景。先进电能源技术研究中心旨在促进四川攀西钒资源高效利用，以氧化石墨烯为模板设计并制备了一种石墨烯/四硫化钒纳米晶（rGO/VS4）复合材料。

图一: (a)(b)STEM 照片表明平行排列的链状结构; (c-d)层状VS4与单层石墨烯复合晶体结构示意图

　　图二：(a)(b)两种电解液下电压-电流曲线；(c)(d)恒流充放电曲线；(e-h)短循环、倍率、长循环充放电曲线

　　团队的研究工作从电极材料的相结构、微结构与电极界面调控入手，构筑了新型的rGO/VS4堆叠复合结构，电化学实验结果证明该结构具有优异的钠离子储存能力。0.1A/g电流密度下，rGO/VS4复合电极具有高达580mAh/g的可逆充电比容量。大倍率充放电能力可达到20A/g，300圈长循环后仍具有98%的容量保持能力。

　　图三：(a)(b) 密度泛函理论(DFT)计算rGO/VS4与VS4能带结构以及态密度的对比；(c)rGO/VS4的钠离子传输与电子转移路径的示意图 

　　团队同时系统研究了酯类和醚类电解液对VS4储钠机理的影响。通过XPS和EELS分析发现VS4在醚类电解液中钠离子嵌入/脱出过程中存在稳定的含钠残余中间体，难以进一步转化，从而在之后的循环中导致活性物质减少而容量大幅衰减，这与其他传统碳基材料在醚类电解液中的电化学行为不同。对于VS4材料而言，低成本的传统酯类电解液下优异的电化学性能使其具有独特的应用前景。

　　论文链接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201801806