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石墨烯插层二硫化钼用作锌电池正极

近日,北京科技大学曲选辉教授课题组成功制备出了二硫化钼/石墨烯复合纳米片,其能很好地作为锌电池正极材料,这样不仅能显著升高产品容量,还可以有效延长该电池的使用寿命。

石墨烯插层二硫化钼用作锌电池正极

锌离子电池具有理论容量高、成本低廉、环境友好、组装简便等优势,是一种极具发展前景的大规模储能系统。但是,二价锌离子与宿主材料之间的强静电作用、正极材料溶解、锌枝晶生长等问题限制了其广泛应用。目前,中性或弱酸性电解液已被证实可有效提高锌负极的循环稳定性,因而进一步开发与之匹配且能够高效、快速、稳定储锌的正极材料是推动锌离子电池发展的关键。层状材料如钒氧化物、锰氧化物等凭借通畅的二维锌离子传输通道得到广泛研究。

然而,二硫化钼作为一种经典的二维层状过渡金属硫化物却很少被用于储锌,这主要是由于块体MoS2较小的层间距(0.62 nm)和较差的亲水性限制了水合锌离子的可逆脱嵌。因此,开发具有更大层间距且亲水性良好的MoS2基储锌正极材料具有重要意义。

石墨烯插层二硫化钼用作锌电池正极

为了解决上述的问题,北科大研究者采用静电自组装策略,成功将石墨烯插入MoS2层间,MoS2层间距从0.62nm显著扩大至1.16nm,且还原氧化石墨烯和富1T相MoS2赋予该材料更好的电子导电性和亲水性。所制得“三明治”结构二硫化钼/石墨烯复合纳米片自组装为花状结构,可有效抑制MoS2层、石墨烯层堆叠,有利于电解液充分浸润和锌离子快速扩散,维持结构稳定。相比块体MoS2,该复合材料储锌容量能提升10倍以上,且循环稳定性更出色(1800次循环后容量保持率约为88.2%)。

研究表明,该复合材料具有较高的锌离子扩散系数和较低的离子迁移能垒。此外,将二硫化钼/石墨烯复合正极与聚乙烯醇/三氟甲烷磺酸锌水凝胶电解质、锌箔负极匹配组装准固态锌离子电池,展示出优异的循环稳定性和柔韧性,体现良好应用前景。

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