随着对高能量密度和长循环寿命可充电电池需求的不断增加，钠/钾离子电池（SIBs/PIBs）因其资源丰富、成本低廉等优点，被认为是锂离子电池的理想补充品，在大规模储能领域极具应用潜力。此外，从长远来看，在实际的大规模电能存储中，对在宽温域下运行的SIBs/PIBs的需求稳步增长。然而，SIBs/PIBs在极高或极低的温度下存在快速的自放电行为和显著的容量衰减现象。因此，开发在较宽的工作温度范围内具有高倍率、稳定循环性能的电极材料，是实现SIBs/PIBs实际应用的必要条件。

金属硒化物和锡由于其较高的理论比容量和固有特性而成为很有前途的负极材料。其中，SnSe₂具有典型的层状晶体结构（层间距为6.14 Å）和较窄的带隙。当其应用于能源器件时，它被认为是一种潜在的热电材料，可以实现温差发电和电子制冷。因此，它可以在较宽的温度范围内稳定工作。然而，SnSe₂存在本征导电性较差，体积膨胀大等问题。目前，碳复合/限域、掺杂以及空位缺陷工程等策略被应用于改性SnSe₂。然而，非极性碳材料对放电产物极性可溶的多硒化物的吸附固定作用较弱，并且碳基材料在高温时的热力学稳定性和低温时的动力学性能不佳。近年来，硒化聚丙烯腈（SePAN）因具有稳定的三维网状结构，将抑制聚硒化物的溶解、穿梭效应和缓冲体积膨胀，被选为是Na⁺/K⁺存储的理想基质材料。受SePAN这些优点的启发，将其作为基质来构建SnSe₂的双重限域模型，即物理限域与化学键合吸附相结合，有望能改善其SIBs/PIBs在宽温域下的电化学性能。

近日，福建师范大学陈庆华&曾令兴教授联合德国德累斯顿工业大学熊佩勋博士及云南师范大学王洪恩教授在《InfoMat》上发表题为“Extraordinarily stable and wide-temperature range sodium/potassium-ion batteries based on 1D SnSe₂-SePAN composite nanofibers”的文章。福建师范大学为第一署名单位，论文第一作者为环境与资源学院硕士生汪依依，通讯作者为陈庆华教授、曾令兴教授、熊佩勋博士及王洪恩教授。该工作通过可控静电纺丝耦合气相沉积硒化的策略，制备了一维SnSe₂-SePAN复合纤维材料，考察了其作为SIBs/PIBs负极材料时的电化学性能及反应机理。其中SnSe₂纳米颗粒被均匀地限域在SePAN纳米纤维中，能有效的缓解体积膨胀问题和抑制多硒化物的溶解，同时增强宽温域下循环性能。本研究为解决聚硒化物的溶解问题和提高钠/钾储存的宽温域工作性能提供了新思路。

图1 SnSe₂-SePAN复合材料的合成示意图。

图2 SnSe₂-SePAN的(A) SEM图；(B-C) TEM图；(D) Mapping图。所有样品的(E) XRD图，(F) Raman和(G) FTIR图。SnSe₂-SePAN样品的XPS光谱： (H) Sn 3d，(I) Se 3d和(J) C 1s。

电化学性能测试表明，SnSe₂-SePAN独特的结构使其在宽温域下（-15 ~ 60 °C）具有优良的钠/钾存储性能和良好的可行性（SIBs: 300 mAh g^-1/700 cycles/^-15 °C/5 A g^-1；352 mAh g^-1/100 cycles/60 °C/0.5 A g^-1；192 mAh g^-1/66000 cycles/25 °C/15 A g^-1。PIBs：157 mAh g^-1/15000 cycles/25 °C/5 A g^-1）。

图3 SIBs半电池的电化学性能：SnSe₂-SePAN在(A) 0.2 mV s^-1下的CV曲线；(B) 0.5 A g^-1下的GCD曲线。(C) 所有电极在5 A g^-1, 25 °C下的循环性能图。(D) 所有电极在25 °C下的倍率性能图。(E) SnSe₂-SePAN电极在15 A g^-1, 25 °C下的长循环性能图。(F) SnSe₂-SePAN和最近报道的其他SIBs负极材料的电化学性能。SnSe₂-SePAN和SnSe-CNF电极在(G) 0.5 A g^-1, -15 °C和(H) 0.5 A g^-1,60 °C下的宽温域循环性能图。在25 °C下，PIBs半电池的电化学性能：(I) SnSe₂-SePAN的倍率性能图；(J) SnSe₂-SePAN在5 A g^-1下的长循环性能图。

为了证实SnSe₂-SePAN材料的储钠/钾机理以及相转变过程，研究人员进行了原位XRD测试结合循环后的TEM测试。结果证实，SnSe2-SePAN的相演化过程与转化合金机理一致。

图4 在SIBs半电池中，SnSe₂-SePAN在选定电压下的(A) 非原位XRD图：(I) 新鲜电极；放电至(II) 1.70 V、(III) 1.20 V、(IV) 0.78 V和(V) 0.005 V；充电至(VI) 1.05 V、(VII) 1.42 V和(VIII) 2.50 V。在SIBs中，SnSe₂-SePAN在0.5 A g-1下放电至0.02 V时的(B-D) TEM图和(E) Mapping图。

第一性原理计算结果表明：首先，SePAN纤维有利于抑制SnSe₂粒子的聚结，使Na+离子集中在表面上，从而增强了反应动力学；其次，SnSe₂纳米颗粒均匀封装在SePAN基质中，有利于产生小尺寸超薄的SnSe₂纳米片，然后暴露更多（001）晶面，从而提高倍率性能。因此，SePAN在提高SnSe₂-SePAN电极的电化学性能方面起到了关键作用。

图5 一个(A) SnSe₂分子和(B) Na原子吸附在SePAN纤维的Se侧。一个(C) Na₂Se分子和(D) Sn原子吸附在PAN的N侧。(E) 一个SnSe₂分子和(F) 一个Na原子吸附在SePAN纤维的Se侧和N掺杂石墨烯薄片上的Eads值。(G) 一个Na₂Se分子和(H) 一个Sn原子吸附在PAN纤维的N侧和N掺杂石墨烯薄片上的Eads值。一个Na⁺的扩散路径：(I) 在SnSe₂ (001)基平面的表面，(J) 在SePAN的Se侧。(K) PAN，SnSe₂(100)面，SnSe₂(001)面，N掺杂石墨烯薄片和SePAN的Na⁺扩散路径和Eb值。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/inf2.12467

通讯作者

陈庆华，教授级高工，博士生导师，福建师范大学副校长，聚合物资源绿色循环利用教育部工程研究中心主任，国务院特殊津贴专家、百千万人才工程国家级人选、教育部新世纪优秀人才、福建省“双百工程”领军人才，中国再生塑料技术创新战略联盟常务副理事长兼秘书长、中国塑料协会咨询委专家。

长期从事“环境友好材料及固体废弃物综合利用与治理”等研究和新产品开发工作，是“资源高质化”创新团队带头人。主持国家“十三五”固废资源化重点研发计划专项（项目首席），主持完成国家“十五”重点科技攻关计划项目、国家“十一五”科技支撑计划子课题、国家“十三五”基础材料提升重点研发计划专项子课题、福建省重大专项等项目30余项，作为技术负责人与企业联合承担工信部3项“绿色制造系统集成项目”，主持规划循环经济园区成功获批2个国家级“城市矿产”或1个循环化改造示范基地。成果获省部级科技进步奖20项，发表学术论文300余篇，主编《环境友好材料》系列丛书3部，获得授权发明专利100余件，技术成果投入产业化生产20项。

曾令兴，福建师范大学环境与资源学院/碳中和现代产业学院，教授/博士生导师，福建省重点实验室副主任，福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才，福建省百千万人才工程人选，福建省杰青基金获得者。从事聚合物衍生电极材料和废旧动力电池循环再生利用等研究。在InfoMat、Adv. Sci.、Appl. Catal. B-Environ.、EnergyChem、ACS Energy Lett.等期刊发表SCI论文100余篇，被SCI引用3500余次。申请发明专利40余件，获得授权20余件。国家十三五“固废资源化”重点研发计划专项子课题负责人，主持国家级项目2项、省重点基金、省重大专项、省杰青基金等项目10余项，获福建省自然科学三等奖一项，参与编写多项地方标准和行业标准。担任EcoMat、Rare Metals、Chin. J. Struct. Chem.等SCI期刊青年编委。

熊佩勋，现为德累斯顿工业大学博士后研究员，合作导师为Stefan Kaskel教授（受洪堡奖学金资助）。2020年6月毕业于天津大学材料学专业，获博士学位（导师：许运华教授）；2020年9月至2023年2月在韩国成均馆大学Ho Seok Park教授课题组从事博士后研究。主要研究方向为低成本、高安全性电化学储能材料与器件，包括钠/钾离子电池，水系锌金属电池及固态电池等。近年来，以第一/通讯作者在Adv. Mater., ACS Energy Lett., InfoMat, ACS Nano等国际知名期刊发表论文多篇。

王洪恩，研究员，博士生导师，云南师范大学高层次人才，云南省光电信息技术重点实验室、可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室成员。主要从事光伏光电和储能材料及器件的教学和研究工作。发表 SCI 收录论文 120 余篇，被引用 7000 多次，h 指数 56（谷歌学术），专利授权 10 余项。已培养研究生20 多名。先后入选湖北省“楚天学者“计划（2015）和云南省”兴滇英才“计划（2020）。

近期课题组关于宽温域电极及电解质的相关成果：

[1] Y. Wang, F. Xiao, X. Chen, P. Xiong*, C. Lin, H. Wang*, M. Wei, Q. Qian, Q Chen*, L. Zeng*, Extraordinarily stable and wide temperature range sodium/potassium-ion batteries based on 1D SnSe2-SePAN composite nanofibers, InfoMat, 2023, 5, DOI: 10.1002/inf2.12467.

[2] C. Lin, X. Yang, P. Xiong*, H. Lin, L. He, Q. Yao, M. Wei, Q. Qian, Q. Chen*, L. Zeng*, High-rate, large capacity, and long life dendrite-free Zn metal anode enabled by trifunctional electrolyte additive with a wide temperature range, Adv. Sci., 2022, 9, 2201433.

[3] P. Xiong, Y. Zhang, J. Zhang, S. H. Baek, L. Zeng, Y. Yao, H. S. Park*, Recent progress of artificial interfacial layers in aqueous Zn metal batteries, EnergyChem, 2022, 4, 100076. (Invited Review)

[4] L. He, C. Lin, P. Xiong*, H. Lin, W. Lai, J. Zhang, F. Xiao*, L. Xiao, Q. Qian, Q. Chen, L. Zeng*, Progress in electrolyte engineering of aqueous batteries in a wide temperature range, Trans. Tianjin Univ., 2023, accepted. (Invited Review)

[5] P. Xiong, C. Lin, Y. Wei, J. Kim, G. Jang, K. Dai, L. Zeng, S. Huang, S. Kwon, S. Lee*, H. Park*, Charge-transfer complex-based artificial layers for stable and efficient Zn metal anodes, ACS Energy Lett. 2023, 8, 2718-2727.

[6] Z. Yuan, F. Xiao, Y. Fang, P. Xiong, X. Sun*, X. Duan, X. Yang*, H. Fan, M. Wei, Q. Qian, Q. Chen, L. Zeng*, Defect engineering on VO2(B) nanoleaves/graphene oxide for the high performance of cathodes of zinc-ion batteries with a wide temperature range, J. Power Sources, 2023, 559, 232688.

[7] Z. Yuan, X. Yang, C. Lin, P. Xiong, A. Su, Y. Fang, X. Chen*, H. Fan, F. Xiao, M. Wei, Q. Qian, Q. Chen*, L. Zeng*, Progressive activation of porous vanadium nitride microspheres with intercalation-conversion reactions toward high performance over a wide temperature range for zinc-ion batteries, J. Colloid Interf. Sci., 2023, 640, 487-497.

[8] Z Lei., J. Zheng, X. He, Y. Wang, X. Yang*, F. Xiao, H. Xue, P. Xiong, M. Wei, Q. Chen, Q. Qian*, L. Zeng*, Defect-rich WS2-SPAN nanofibers for sodium/potassium-ion batteries: ultralong lifespan and wide-temperature workability, Inorg. Chem. Front., 2023, 10, 1187-1196.

[9] Q. Yao, F. Xiao, C. Lin, P. Xiong*, W. Lai, J. Zhang, H. Xue, X. Sun, M. Wei, Q. Qian, L. Zeng*, Q. Chen*, Regeneration of spent lithium manganate into cation-doped and oxygen-deficient MnO2 cathodes toward ultralong lifespan and wide-temperature-tolerant aqueous Zn-ion batteries, Battery Energy, 2023, 2, 20220065.

[10] L. Xu, J. Ye, W. Guo, T. Chen, X. Chen*, Q. Qian, J.-M. Zhang*, M. Wei, X. Peng*, L. Zeng*, Rational construction of VSe2 encapsulated in selenized polyacrylonitrile toward high-rate capacity and wide temperature tolerance for potassium-ion batteries, Inorg. Chem. Front., 2023, 10, DOI: 10.1039/D3QI01083J.