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劉金平/劉丹AFM：紙球狀C-p-MoS2/CNT作為鈉/鉀離子電池的優(yōu)良負(fù)極

憑借豐富的電活性位點(diǎn)和快速的離子擴(kuò)散路徑，MoS₂等超薄二硫?qū)倩镲@示出作為鈉/鉀離子電池（SIBs/PIBs）負(fù)極的巨大潛力。然而，超高縱橫比的納米片很容易聚集和重新堆疊，大大削弱了其內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)。

在此，武漢理工大學(xué)劉金平教授、劉丹副教授等人報(bào)道了通過(guò)將碳柱支撐的原子薄MoS₂納米片與碳納米管擠壓成彈性球結(jié)構(gòu)（C-p-MoS₂/CNTs），從而設(shè)計(jì)可持續(xù)SIB/PIB負(fù)極。機(jī)理研究表明，CNTs充當(dāng)抑制劑或支撐支架以防止MoS₂納米片的重新堆疊，而葡萄糖衍生碳可在相鄰的MoS₂層之間形成支柱并降低表面能，最終產(chǎn)生層數(shù)較少的原子薄二硫化鉬納米片（<5層），但橫向尺寸較大。

制備的C-p-MoS₂/CNT復(fù)合材料同時(shí)具有SIB/PIB負(fù)極所需的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）MoS₂納米片的少層特征能夠暴露出足夠的Na⁺/K⁺吸附活性位點(diǎn)，同時(shí)在材料的近表面上產(chǎn)生法拉第氧化還原反應(yīng)；

2）外部CNTs用作電子傳輸?shù)母咚偻ǖ溃?/span>

3）柱撐碳加寬了層間間距，促進(jìn)了Na⁺/K⁺擴(kuò)散；

4）起皺的MoS₂納米片球具有高彈性和抗聚集性，從而在循環(huán)過(guò)程中有效釋放應(yīng)力并穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)。

圖1. 皺縮C-p-MoS₂ /CNT球的形成機(jī)理和結(jié)構(gòu)演變

因此，作為SIB和PIB的負(fù)極，C-p-MoS₂/CNTs材料具有高的可逆容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和出色的倍率性能。電化學(xué)測(cè)試表明，當(dāng)與Na₃V₂ (PO₄)₂F₃（NVPF）正極配對(duì)時(shí)，基于C-p-MoS₂/CNTs負(fù)極組裝的鈉離子紐扣電池可在9.4 mg cm^-2的高質(zhì)量負(fù)載下以高達(dá)50 C的倍率運(yùn)行，并在40 C下超過(guò)600次循環(huán)時(shí)表現(xiàn)出超長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性（容量保持率為87.2%）。

令人印象深刻的是，組裝的C-p-MoS₂/CNT//NVPF軟包全電池在10 C下循環(huán)超過(guò)100次后仍保留90%的容量，同時(shí)還可在平均工作電壓為2.0 V的條件下實(shí)現(xiàn)以188 Wh kg^-1高能量密度的穩(wěn)定循環(huán)。總之，這項(xiàng)工作為許多二維層狀材料的工程設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的視角，以展示其在高性能儲(chǔ)能應(yīng)用中的能力。

圖2. 全電池器件的電化學(xué)性能

Crumpling Carbon-Pillared Atomic-Thin Dichalcogenides and CNTs into Elastic Balls as Superior Anodes for Sodium/Potassium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207548

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