高容量电极在循环过程中易发生颗粒破碎，导致导电网络失效，并伴随电解液持续分解以反复形成固态电解质界面（SEI），从而严重影响其循环稳定性。
20244年11月11日，郑州大学陈卫华教授团队在Angewandte Chemie International Edition期刊发表题为“Anion-Tailored EDL Induced Triple-Layer SEI on High-Capacity Anodes Enabling Fast-Charging and Durable Sodium-Storage”的研究论文，团队成员Jun Luo、Kaiwei Yang为论文共同第一作者，陈卫华教授为论文通讯作者。
该研究中，利用硒溶解产生的Sex²⁻作为自调节电解液添加剂，调控双电层（EDL），在高容量FeS₂负极上构建了新型三层SEI膜（内层：硒，中间层：无机层，外层：有机层），从而实现稳定且快速的钠储存。具体而言，Sex²⁻在1.30 V（相对于Na⁺/Na）下原位生成，并优先吸附于负极的EDL上，随后转化为SEI的内层Se⁰。此外，Sex²⁻诱导的阴离子增强的Na⁺溶剂化结构生成更多无机（Se⁰、NaF）和更少有机成分的SEI膜。该独特的三层SEI层致密结构有效减少了电解液消耗及气体产生。因此，负极在10 A g⁻¹下表现出长寿命（383.7 mAh g⁻¹，6000次循环，93.1%，每循环5分钟）。这种由硒诱导的三层SEI也可以在高容量SnS₂负极上形成。该研究通过阴离子调控EDL，提供了一种新型SEI结构，旨在实现高容量负极的稳定钠储存，以支持快速充电。
DOI：10.1002/anie.202419490
该研究利用硒的溶解行为，通过Sex²⁻调控的双电层（EDL）构建了一种新型三层SEI结构，突破了传统SEI结构在应对严重颗粒破碎方面的限制。固态FeSe₂在醚类溶剂中溶解产生的可溶性硒阴离子将被吸附到高容量FeS₂负极的EDL上，随后转化为含硒的三层SEI膜。该SEI膜包括一个硒诱导生成的导电内层、一个无机中间层和一个有机外层。通过该三层SEI膜，硒优化后的负极在快速充电条件下（10 A g⁻¹：每循环5分钟）表现出优异的长期循环稳定性（6000次循环，383.7 mAh g⁻¹，93.1%）。此外，这一新型SEI结构成功应用于SnS₂材料，同样显著提升了SnS₂的循环稳定性。
总之，该研究提出了一种由硒阴离子调控的双电层（EDL）诱导生成的三层SEI结构，有效破解了兼顾高容量与快速充电的难题。该三层SEI膜由硒诱导生成的内层、无机中间层和有机外层组成。研究发现，FeSe₂在电化学过程中产生的可溶性多硒化物（Na₂Sex）与Na⁺溶剂化结构的形成密切相关，其作为电解液中的自调节添加剂，决定了后续形成的界面结构特性。结合原位拉曼和原位紫外-可见光谱分析，确认了硒物种在FeS₂中的可逆的转化路径：FeSe₂ → Na₂Sex → Na₂Se → Se⁰。具体而言，Na₂Sex在1.4-0.9 V电压窗口内生成，在0.9-0.3 V范围内略微减少，并在整个充电过程中大量脱钠。通过分子动力学MD模拟、DFT计算和拉曼光谱分析，证实了可溶性Na₂Sex能够调控Na⁺周围的化学环境，与纯电解液（1M NaCF₃SO₃ DGM）中的溶剂诱导的Na⁺溶剂化结构相比，Na₂Sex诱导的溶剂化结构具有阴离子增强效应。参与溶剂化结构的硒阴离子具有更小的带隙，表现出更优的电子交换能力，能够优先在电极表面反应并构建独特的硒衍生的SEI结构。而Na₂Sex在转化负极表面上的吸附能（-3.58 eV和-1.95 eV）显著低于NaCF₃SO₃（-0.24 eV）和DGM（-0.05 eV），有利于形成Sex²⁻调控的EDL，从而影响电解质成分的分布。HAADF-STEM、原位EQCM和原位EC-MS分析证实，构建的三层SEI膜呈现出逐层紧密堆叠的状态，具有致密且高弹性的特性，从而避免了溶剂过度消耗导致的气体（H₂，CO）生成，提升了电池的安全性。最终，组装的电池在10 A g⁻¹（每循环5分钟）条件下，表现出超长的循环寿命（超过6000次循环），容量保持率为93.1%，且未发生电极颗粒的粉化。此外，这种三层SEI膜还可用于其他转化型电极材料。该研究为具有较大体积变化的高容量电极材料提供了一种界面解决方案。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
