荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究团队近期提出，将二维碳硒化物（β-CSe）用作钠离子电池的负极材料，有望提升电池性能与安全性。这项研究成果已发表在《应用表面科学》期刊上。

研究主要作者Talha Zafer向《光伏杂志》表示：“在材料层面，β-CSe展现出比传统石墨负极更高的理论容量，以及二维材料中最低的离子扩散势垒之一，这可能带来更快的充电速度。”他进一步指出：“其循环中仅3.2%的体积变化，远低于硅负极的300%，这为长寿命和安全性提供了关键优势。钠离子电池虽然在能量密度上可能不及锂离子电池，但在成本、安全性和资源可持续性方面具有显著益处，尤其适合与可再生能源结合的固定储能应用。钠离子电池还能安全放电至0V进行运输存储，这是锂离子电池不具备的实用安全特性。”

Zafer补充道：“β-CSe材料结合了高容量、低体积膨胀和超快离子传输，使其成为电网储能的潜力候选，其中耐用性和成本往往至关重要。我们预测的快速充放电能力有助于平衡太阳能和风能的间歇性。如果实验验证这些特性，这类材料或能推动大规模电池储能更具成本效益和可扩展性，从而支持更广泛的可再生能源部署。”

他强调：“我们的研究基于计算模拟，预测了材料的基本潜力，而非设备层面结果。我们通过多种方法验证了预测，并确认了高达400K的稳定性。但实际性能仍需实验合成和测试，包括电极-电解质兼容性与长期循环评估。好消息是，类似二维材料已在实验室成功制备，因此β-CSe的合成具有可行性，我们的结果为实验研究提供了有力依据。”

在论文中，研究团队利用密度泛函理论、从头算分子动力学、微动弹性带方法和盆地跳跃蒙特卡洛分析等技术，评估了CSe单层的结构、动力学和热稳定性。模拟显示，该二维材料的各向异性机械特性可最小化钠离子插层时的体积膨胀，钠原子在碳侧空位点牢固结合，有助于防止枝晶形成，解决了钠离子电池开发中的一项关键挑战。

分析还表明，β-CSe提供了589 mAh/g的高理论容量，晶格膨胀极小，优于石墨和许多二维负极。Zafer总结道：“钠吸附使单层转变为金属态，确保快速电子导电性，同时极低的扩散势垒实现快速离子迁移。材料在300K和400K下表现出卓越结构稳定性，其0.019–0.021 eV的超低钠扩散势垒远低于MXenes和磷烯衍生物等典型二维负极，显示出在下一代钠离子电池中的广阔应用前景。”