湖南大学Balogun教授团队 JMST:用于高性能Na-/K-离子存储的支架调控缓冲MoS2阳极动力学研究
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第一作者:熊图芝
通讯作者:Muhammad-Sadeeq Balogun
通讯单位:湖南大学
论文DOI:10.1016/j.jmst.2022.10.051
研究背景
由于钠的天然丰度,钠离子电池(SIB)技术可以满足人类对清洁和可持续能源日益增长的需求。然而,与锂离子电池(LIBs)相比,SIB的反应动力学更加缓慢,体积膨胀严重。过渡金属硫化物,如MoS2,由于其高理论容量,是SIBs的一种很有前途的阳极材料,可以应对其严重的体积膨胀问题。然而,MoS2具有电导率低、固有的离子/电子转移缓慢以及电化学循环过程中的大体积变化等缺点,这需要寻找不同的方法来解决这些问题。
通过扩大MoS2的层间距离、调节其形态、调整其电子结构和结合各种导电基质,已经采用了重要的策略和取得了令人印象深刻的进展来改善MoS2的这些缺陷。通过这些手段所得的MoS2基阳极中的大多数通常是粉末状纳米结构材料,具有优异的钠存储性能,但质量负载较低。低质量负载自动导致低面积容量,但增加SIB的储能能力需要最大化其面积容量。本研究设计了一种坚固灵活的支架可以作为增加MoS2材料的质量负载和缓慢动力学的合适骨架。该研究团队之前的工作表明,通过在氮化钒纳米线上生长MoS2纳米片,可以显著提高MoS2的质量负载和面容量。
内容简介
设计一个具有独特功能的高导电性支架对于提高硫化钼(MoS2)在钠离子和钾离子电池中的存储性能具有重要意义。该团队发现,在三维碳纤维(CF)上形成由氮化钛纳米线(TiN)组成的三维(3D)高导电性双骨架,可以抑制MoS2的不良导电性。理论计算表明,TiN和CF都能提高电子传导性,而MoS2由于具有合适的吸附能量,将促进高离子吸附。该团队所制备的CF@TiN/MoS2的质量负载高达12.5 mg/cm2,在0.6 mA/cm2的电流密度下实现了高达5.40 mAh/cm2的钠存储的高面积容量。该混合体的优异性能可归因于缓冲剂和导电性增强剂的特点,使钠离子能够直接与CF@TiN/MoS2混合体接触。循环伏安法和对称电池分析等一系列的电化学分析证实了传输动力学的明显改善。此外,CF@TiN/MoS2作为钾离子电池(PIBs)的阳极材料,在0.3 mA/cm2的电流密度下也达到了3.29 mAh/cm2的高面积容量,表明支架调控策略是提高MoS2基阳极动力学的可行策略,可用于二次离子电池及其他领域。
图文导读
总结与展望
本文证明了由3D CF和TiN纳米线组成的高导电性和坚固的支架可以显著促进MoS2的钠存储动力学。DFT研究一致表明,CF和TiN表现出优异的导电性,而MoS2在复合材料中有效地促进了Na离子的吸附/解吸,加快了Na离子的大容量存储转移和更短的扩散途径。此外,采用支架调节的方法提高MoS2的钠存储动力学也有效地应用于提高其钾存储动力学。因此,本工作中提出的概念可以为二次离子电池及其他电池的电极设计提供有用的见解。
文献链接:
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.10.051
2023-04-24
2023-04-23
2023-04-22
2023-04-21
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