中國海洋大學Advanced Functional Materials:為K+構建大空間來實現快速的儲鉀性能

鋼鐵俠 4年前 (2020-01-23) 4191瀏覽

基于“large ions should accommodate big houses”的思想，中國海洋大學柳偉教授課題組提出了MoS₂納米片在多孔腔體中的自裝載和有機分子分步擴層兩種新技術，將擴層后的MoS₂納米片均勻分散和錨定在多孔碳材料內表面，得到了MoS₂@CT復合材料。作為鉀離子負極材料，合成的ED-MoS₂@CT電極在2 A g^-1時經過10000次循環后的比容量為148.5 mAh g^-1，平均每次循環僅衰減0.002%。組裝的ED-MoS₂@CT//PC 鉀離子電容器在功率密度為965 W kg^-1時，能量密度能夠達到148 Wh kg^-1。

成果簡介：

在大規模儲能領域中，得益于豐富的鉀資源和接近于鋰的標準氧化還原電位，鉀離子儲能體系近年成為一大研究熱點。然而，大尺寸K⁺嵌入引起電極材料的體積膨脹以及緩慢的動力學行為，使得制備高性能鉀離子電極材料受到挑戰。針對這個問題，中國海洋大學柳偉教授課題組基于“為大離子構建大空間”的理念，引入層片狀MoS₂與多孔碳材料復合，并提出了MoS₂納米片在多孔腔體中的自裝載技術，實現了擴層后的MoS₂納米片在碳孔結構中的均勻分散與錨定。同時，利用乙二醇和多巴胺分子實現在MoS₂層狀結構中的先后分步插入，有效擴大了MoS₂的層間距，從而在動力學上有效促進了電極材料的快速儲鉀行為。這種獨特的ED-MoS₂@CT復合材料不僅有效地緩解了K⁺在嵌入/嵌出過程中產生的機械應變，而且均勻分散的MoS₂納米片為K⁺的存儲提供了寬敞的道路(空心管狀碳骨架)和房間(擴大層間距的少層MoS2薄片)，實現了K⁺的快速傳輸和存儲。

該成果以題為“Controlled Design of Well-Dispersed Ultrathin MoS₂ Nanosheets inside Hollow Carbon Skeleton: Toward Fast Potassium Storage by Constructing Spacious “Houses” for K Ions”發表在Advanced Functional Materials上，第一作者為崔永朋博士，通訊作者為柳偉教授。論文鏈接：DOI: 10.1002/adfm.201908755。

圖文簡介：

圖一： MoS₂在CT碳管中誘導生長以及小分子逐級插層示意圖。