原位构建高性能CuS基负极助力低温钠双离子电池发展

针对低温环境下钠双离子电池（SDIBs）因Na+ 半径大导致的动力学迟缓问题，研究人员通过原位反应制备高负载CuS基负极，实现了-40℃下290 mAh g-1 的高比容量及300次循环稳定性。该工作为低温储能器件开发提供了经济高效的解决方案。

　　

随着全球对极端环境储能需求的激增，低温下钠离子电池（SIBs）的电极极化和容量衰减问题成为制约其发展的关键瓶颈。钠双离子电池（SDIBs）凭借阴阳离子协同存储机制和低成本优势崭露头角，但传统负极材料在低温下因Na⁺
半径大导致的体积膨胀和离子传输迟滞严重限制了其应用。铜硫化合物（CuS）虽具有560 mAh g^-1
的高理论容量，但多硫化物溶解和循环稳定性差等问题阻碍了其产业化进程。

为解决这一难题，中国的研究团队创新性地提出了一种原位合成策略：在电极制备过程中直接通过铜粉与硫粉反应生成CuS基负极。这种简易方法不仅规避了复杂的纳米工程工艺，还实现了8 mg cm^-2
的高活性物质负载量。研究显示，该负极在-40℃下仍保持290 mAh g^-1
的比容量，组装的SDIB全电池在-30℃/0.5C条件下循环300次后容量保持率达75.6%，能量密度最高达150 Wh kg^-1
。相关成果发表于《Materials Today Communications》。

关键技术包括：1）原位X射线衍射（XRD）追踪Cu/S反应路径；2）扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）表征微观结构演化；3）电化学阻抗谱（EIS）分析低温动力学行为；4）以氟化聚苯胺/碳纳米管（FPH/CNT）为正极构建全电池体系。

【Sample morphology and structure characterizations】
通过EDS元素映射确认Cu:S摩尔比为1:1，XRD谱图中仅存在CuS特征峰（JCPDS No.06-0464），表明铜硫反应完全。循环后TEM显示活性材料逐渐细化至纳米级，暴露出更多Na⁺
吸附位点。

【Conclusion】
该研究证实原位合成的CuS负极具有独特的表面控制赝电容特性（pseudocapacitive behavior），其转化反应（CuS + 2Na⁺

• 2e^?
  → Cu + Na₂
  S）生成的纳米铜网络显著提升了电极导电性。与FPH/CNT正极匹配的全电池在-40℃仍能为温度传感器供电，突破了现有SDIBs的低温极限。

这项工作的核心价值在于：1）开发出可规模化生产的电极制备工艺；2）揭示了活性材料自细化机制对低温性能的促进作用；3）为极地勘探、高空设备等特殊场景提供了可靠的储能解决方案。Wei Wei团队通过巧妙的材料设计，将低成本铜硫化学体系推向了实际应用的新高度。