導讀：本文通過構建3D螺旋狀MoSe2陣列，製備了無粘接劑的柔性電極並在鋁離子電池中展現出了極好的能量密度和循環穩定性。卓越的電化學性能表明硒化物納米結構在鋁離子電池的良好應用前景，並可以擴展到其他柔性可穿戴儲能器件。
因為鋁的高豐度、低成本，在眾多二次儲能器件中，鋁離子電池（AIBs）一直是有望取代鋰離子電池的有力競爭者。但其正極的研究還進展十分緩慢，急需更多的研究以提高其容量和循環穩定性。近日，電子科技大學王志明及其團隊報導了硒化鉬3D螺旋納米陣列，具有良好的柔性和延展性，並在AIBs內表現出優異的電化學性能，為AIBs未來應用於可穿戴柔性期間提供了可能性。相關論文以題為「Three-Dimensional Molybdenum Diselenide Helical Nanorod Arrays for High-Performance Aluminum-Ion Batteries」發表在ACS Nano上。
論文連結：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02831
相比於已經被應用於我們日常生活方方面面的鋰離子電池，鋁離子電池具有成本低、鋁元素豐度高、無毒、安全（金屬鋁負極反應過程中不會產生支晶）等優勢，是下一代二次儲能器件的競爭者之一。目前眾多研究者們相繼嘗試了石墨電極和硫化物電極，但石墨電極在AIBs中往往不能獲得足夠高的容量，而硫化物電極則穩定性較差。此外，粘接劑造成的副反應也會導致電極的電化學性能進一步衰減。因此，AIBs的正極材料還需要進一步的研究探索。
本文中，作者利用磁控濺射法和低溫等離子體輔助硒化法，成功的在聚醯亞胺基板合成了螺旋狀生長的MoSe2陣列。由於本身的自支撐結構，避免了粘接劑和電解液之間的副反應。電極在0.3 A g-1的電流密度下可提供753 mA h g-1的超高比容量，並在1 A g-1的電流密度下循環1000次比容量依舊保有330 mA h g-1。通過非原位拉曼、XPS和TEM表徵證實了Al-Se合金化反應的發生和AlCl-離子的插層反應。此外，該無粘接劑的螺旋結構在使材料具有高導電性和高表面積，可以更好的吸收電解質中的離子，這也有助於提高材料的比容量。
總結來說，作者利用磁控濺射和等離子體輔助低溫硒化法，構建了獨特的3D螺旋狀結構。這種結構可以很好的提高材料的導電性和比表面積，並結構穩定性良好，可以在循環中保持自身形貌。無粘接劑的可以很好地避免副反應的發生，提高材料的穩定性。通過多手段表徵，觀測到了MoSe2在AIBs中的多不反應過程，為硒基材料在AIBs中的應用提供了指導。（文：Today）
圖1 MoSe2HNRAs的製備和在AIBs中的工作示意圖。
圖2 MoSe2 HNRAs的 (a)-(b) SEM照片；(c)-(d) TEM照片；(e)拉曼圖譜；(f) XPS的Mo 3d放大圖譜；(g) XPS的Se 3d放大圖譜。
圖3 MoSe2HNRAs電極 (a)在0.5 V s-1掃描速率下的CV曲線圖；(b) 在0.3 A g-1的電流密度下的前三圈充放電曲線圖；(c) 在不同電流密度下的充放電曲線圖；(d) 能量密度vs功率密度圖；(e)-(f) 在1 A g-1和5 A g-1的大電流密度下的循環性能圖。
圖4 MoSe2HNRAs電極在不同充放電階段的非原位拉曼、XPS和TEM圖。
圖5 (a)-(b) 組裝的AIBs的柔韌性測試照片；(c) 圖(b)狀態下對應的充放電曲線圖（電流密度20 μA cm-2）；(d) 反覆重複圖(b)時的循環圖；(e) 組裝的AIBs的延展性測試照片；(f) 拉伸至不同狀態時的充放電曲線圖電流密度（20 μA cm-2）；(g) 拉伸至不同狀態時的循環測試圖。
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