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布拉格化工大學EnSM: 亞毫米級范德華單晶MoTe2儲鉀材料的電化學性質及其失效和結構演化機制

鉀離子電池 (KIB) 是下一代儲能系統(tǒng)的有力候選者，因為其來源豐富、成本效率高且能量密度高。然而，開發(fā)用于KIBs的實用電極材料仍處于起步階段，具體材料的電化學反應機制尚不清楚。

MoTe₂具有相當大的離子嵌入層間距的優(yōu)點，其金屬-半金屬特性的優(yōu)異電子傳導性被廣泛研究。

在此，捷克布拉格化工大學Zdenek Sofer, Bing Wu等人首次研究MoTe₂作為鉀儲存的工作電極，結合電化學分析、非原位SEM、TEM和原位XRD分析揭示了MoTe₂的鉀化/脫鉀機理。

亞毫米單晶MoTe₂在初始脫鉀時的體積容量高達792.4 mAh cm^-3，在100 mA g^-1時保持210 mAh g^-1的重量比容量。同時，在25次循環(huán)后迅速衰減，這是由于電化學循環(huán)過程中不可逆的結晶開裂和結構演變導致的活性電極材料的失活所致。

圖1. MoTe₂的電化學性能

此外，在初始鉀化時，2H-MoTe₂不可逆地轉化為1T-MoTe₂，然后進一步轉化為碲化鉀。同時，在2.5 V（vs.K/K⁺）以上的初始脫鉀時，初步形成了具有R-3H Cs₄Mo₁₈Te₂₀結構的K-Mo-Te化合物，并在隨后的脫鉀過程中很快不可逆地轉變?yōu)镵₂Te₃。

同時，K₂Te₃-KTe-K₅Te₃的逐步可逆轉化在首次放電/充電后的連續(xù)電化學過程中占主導地位。除了鉀離子電池的潛在應用外，碲化鉀之間的轉化機制也為即將推出的鉀碲電池提供了指導。

圖2. 原位XRD表征及MoTe₂用于鉀儲存的機理分析

Sub-millimeter Scale Van der Waals Single-crystal MoTe₂ for Potassium Storage: Electrochemical Properties, and its Failure and Structure Evolution Mechanisms, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.006

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