碳纸基底电沉积镍硒化合物薄膜作为高性能无粘结剂钠离子电池负极的机理研究

本研究针对钠离子电池(SIBs)电极材料导电性差、循环稳定性不足等问题，通过电沉积技术在碳纸表面可控合成Ni3Se2薄膜。研究发现-0.6 V沉积电位下渐进成核形成的岩石状结构具有最优钠离子存储性能，其比容量、倍率性能和循环稳定性显著优于传统材料，为无粘结剂负极设计提供了新思路。

　　

随着全球对清洁能源需求的激增，钠离子电池(SIBs)因其原料丰富、成本低廉等优势成为锂离子电池(LIBs)的重要替代品。然而，钠离子较大的半径(1.02 ?)导致其在电极材料中扩散缓慢，使得SIBs普遍存在容量低、循环寿命短等问题。更棘手的是，传统电极制备过程中需要添加绝缘聚合物粘结剂，这进一步降低了电极导电性。面对这些挑战，大同大学化学工程与生物技术系的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果，通过精确调控电沉积工艺，在导电碳纸上直接生长镍硒化合物(Ni₃Se₂)薄膜，成功开发出高性能无粘结剂负极材料。

研究采用循环伏安法确定镍硒共沉积电位窗口，通过恒电位沉积在-0.6至-0.9 V区间制备系列样品。结合扫描电镜、X射线衍射等表征手段，系统分析了不同电位下的成核机理与形貌特征，并采用恒电流充放电测试评估电化学性能。

Preparation of electrodes
采用三电极体系在碳纸上电沉积Ni₃Se₂，通过前处理去除表面氧化物，优化后的沉积条件显著提升了材料与基底的结合力。

Results and discussion
循环伏安显示-0.6 V处出现明显的镍硒共沉积峰。Scharifker-Hills模型分析揭示：-0.6 V属于渐进成核，形成均匀分布的岩石状结构；而更负电位(-0.7至-0.9 V)则呈现瞬时成核，产生团聚形貌。电化学测试表明-0.6 V样品具有最高比容量(较其他样品提升30%以上)、优异的倍率性能(5 A g^-1下容量保持率>80%)和循环稳定性(100次循环后容量衰减<5%)。

Conclusions
该研究首次建立了镍硒化合物电沉积电位-成核机理-微观结构-电化学性能的构效关系。其中-0.6 V沉积形成的特殊岩石状结构具有最佳钠离子传输动力学，其导电网络与活性位点的协同作用解决了传统电极材料导电性差、体积变化大的核心难题。这项工作不仅为SIBs负极材料设计提供了新范式，其电沉积工艺的精确控制策略还可推广至其他金属硫族化物电极的制备，对推动下一代储能器件发展具有重要意义。