层间限域CuSe@Ti3 C2 Tx 异质结的内建电场实现高能量密度与低温稳定钠离子电容器

　　针对钠离子电容器（SICs）在低温下反应动力学迟缓和阳极材料循环寿命短的问题，研究人员通过溶剂热法构建了CuSe@Ti3 C2 Tx 异质结，利用MXene的限域结构抑制体积膨胀并形成内建电场（BEF），显著提升电荷/离子传输效率。该材料在-20°C下仍保持96.9 Wh kg-1 的能量密度和超13,000次循环稳定性，为低温储能器件提供了新思路。

　　

在能源存储领域，钠离子电容器（Sodium-Ion Capacitors, SICs）因其兼具高能量密度和功率密度而备受关注。然而，低温环境下电极反应动力学迟缓和体积膨胀问题严重制约了其实际应用。特别是在低于0°C时，钠离子在阳极侧的扩散阻力增大，导致能量和功率性能急剧衰减。过渡金属硒化物（TMSe）虽具有高理论容量，但其充放电过程中的体积变化易引发材料粉化脱落。如何通过材料设计同时解决低温动力学限制和结构稳定性问题，成为当前研究的难点。

针对这一挑战，河南理工大学等机构的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了一项突破性研究。他们创新性地将纳米晶CuSe限域于Ti₃
C₂
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（MXene）层间，构建了具有内建电场（Built-In Electric Field, BEF）的异质结材料。该设计不仅通过MXene的二维限域空间抑制了CuSe的体积膨胀，还利用Schottky结界面电荷重分布降低了钠离子扩散活化能。实验表明，CuSe@Ti₃
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在室温下展现470.4 mAh g^-1
的高比容量，即使在-20°C仍保持96.9 Wh kg^-1
的能量密度和超过13,000次循环的95%容量保持率，为低温储能器件提供了全新解决方案。

关键技术方法
研究采用溶剂热法将CuSe嵌入Ti₃
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层间，结合X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征材料结构；通过密度泛函理论（DFT）计算验证异质结对钠离子吸附能的优化；以活化碳（AC）为阴极组装混合型SIC器件，测试其在不同温度下的电化学性能。

研究结果

1. 材料结构与界面特性：XRD证实CuSe成功限域于MXene层间，形成正交晶系结构。TEM显示CuSe纳米颗粒均匀分布在Ti₃
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   的vdW间隙中，异质结界面的BEF促进电荷快速转移。
2. 电化学性能：CuSe@Ti₃
   C₂
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   在20 A g^-1
   高电流密度下仍保持267.0 mAh g^-1
   容量，活化能测试表明BEF使钠离子扩散能垒降低42%。
3. 器件表现：组装的CuSe@Ti₃
   C₂
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   //AC器件在297.3 W kg^-1
   功率下实现136.4 Wh kg^-1
   的能量密度，且在10 kW kg^-1
   超高功率下仍有13.9 Wh kg^-1
   输出。

结论与意义
该研究通过MXene限域与BEF协同策略，首次实现了TMSe材料在低温SICs中的高性能应用。其意义在于：① 为解决电极材料体积膨胀和低温动力学受限提供了普适性设计思路；② 证实异质结界面工程可显著提升离子传输效率；③ 推动MXene基复合材料在极端环境储能领域的发展。这项工作不仅为钠离子存储机制研究提供了新视角，更为下一代宽温域储能器件的开发奠定了材料基础。