我國科學家研製出高性能紗球狀MoS2電極材料

2020-10-16 14:33:41 748 views
摘要

近日,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料與器件研究部研究員趙邦傳課題組,在MoS2鋰/鈉離子電池電極材料性能調控研究方面取得新進展,科研人員對材料的形貌進行優化設計,製備出一種高性能的紗球狀MoS2電極材料,相關研究成果以Yarn ball-like MoS2 nanospheres

近日,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料與器件研究部研究員趙邦傳課題組,在MoS2鋰/鈉離子電池電極材料性能調控研究方面取得新進展,科研人員對材料的形貌進行優化設計,製備出一種高性能的紗球狀MoS2電極材料,相關研究成果以Yarn ball-like MoS2 nanospheres coated by nitrogen-doped carbon for enhanced lithium and sodium storage performance為題,發表在Journal of Power Sources上。

我國科學家研製出高性能紗球狀MoS2電極材料

[email protected]複合材料的合成示意圖

目前,商用鋰離子電池負極材料石墨和鈦酸鋰都存在理論比容量低、倍率性能差等缺點,無法滿足人們對高能量/功率密度鋰離子電池器件的需求,石墨電極在使用時存在由於放電電壓過低導致的安全性問題。

此外,用作鈉離子電池負極材料時,石墨電極很難與Na+形成穩定的化合物,比容量低。因此,尋找既能作為鋰離子電池負極又能用作鈉離子電池負極的材料,具有重要意義。

過渡金屬二硫族化合物大多具有二維類石墨烯層狀結構和較大的層間距,有利於Li+和Na+離子在其中的傳輸。以MoS2為例,其層間距為6.15埃,當作為鋰電或鈉電負極時,其理論比容量高達670 mAh g-1,在鋰電和鈉電領域都具有較大的應用潛力。然而,由於其導電性差且離子嵌入/脫出時體積變化較為嚴重,影響其電化學性能,限制其實際應用。

我國科學家研製出高性能紗球狀MoS2電極材料

[email protected]複合材料的鋰電性能

為此,科研人員採用過程簡單、成本低廉、環境友好的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)輔助水熱法,製備出一種氮摻雜碳包覆的紗球狀MoS2納米結構複合材料[email protected],該材料用作鈉離子電池負極時,表現出優異的性能,在1 A g-1的電流密度下經過200次循環後的比容量為410.2 mAh g-1,在10 A g-1大電流密度下比容量為352.1 mAh g-1。

此外,[email protected]也顯示出優異的鋰電性能,在1 A g-1電流密度下經過300次循環後其比容量高達607.1 mAh g-1,在10 A g-1大電流密度下的比容量仍能保持在356.0 mAh g-1。

我國科學家研製出高性能紗球狀MoS2電極材料

[email protected]複合材料的鈉電性能

研究發現,材料的優異性能主要來源於其紗球狀結構和氮摻雜碳包覆層間的協同作用,紗球狀納米結構可增強材料的結構穩定性,而氮摻雜碳包覆層可進一步改善材料的結構穩定性和導電性,因而[email protected]複合材料能夠表現出優異的鋰/鈉存儲性能

研究工作受到國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金委大科學裝置聯合基金項目的支持。

來源:合肥物質科學研究院

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