鉅大LARGE | 點擊量：552次 | 2021年08月23日
高倍率儲鈉石墨烯基三明治復合納米片材料的配備新方法
鋰離子電池憑借穩定的性能和成熟的工藝得到廣泛使用;然而，鋰資源的匱乏促使人們持續尋求新一代的能量儲存材料與技術，其中，鈉離子電池因鈉資源豐富、分布廣泛和成本低廉等特點，在國內外備受關注，有望替代鋰離子電池成為智能電網等大規模儲能使用的首選。與鋰離子電池相比，鈉離子電池的倍率性能和循環性能很不理想，其緊要原由是鈉離子的離子半徑較大，導致緩慢的固態離子擴散和充放電過程中的體積膨脹。新結構高性能電極材料之設計與可控合成是克服這一難題的有效途徑。
【成果簡介】
邱介山教授領導的遼寧省“能源材料化工”創新團隊與加拿大西安大略大學孫學良教授合作，在前期研究工作的基礎上(超細MoO2納米顆粒鑲嵌核殼納米棒的新結構，AdvEnergyMater2017,7,1602880;超大層間距(1.34nm)MoS2與碳纖維的復合結構新材料，NanoEnergy2017,41,66-74)，提出了一個全新的技術策略。基于原位化學用途，利用活性物質精細調控材料的微觀結構，構筑具有分級結構的碳基納米復合材料;通過調控電極材料的本征結構，新增了電極材料的表面/近表面反應的貢獻比例，顯著提高了鈉離子電池的倍率性能。該研究成果發表在Adv.Mater.上(2018,30,1702486)。這一工作為拓展高倍率鈉離子電池電極材料的設計與構筑辦法，開辟了新的技術途經。
【圖文介紹】
圖1.G@MoS2-C納米片a)制備示意圖,b)SEM圖,c)TEM圖,d)HRTEM圖;e,f)Na原子在MoS2不同層間距之間的擴散過程示意圖;g)不同過渡狀態下擴散能量屏障曲線。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖2.a)G@MoS2-C納米片在電流密度為3A/g時長期循環性能，MoS2-C納米球和G@oS2-C納米片b)0.1-50A/g不同電流密度下的倍率性能，c)不同倍率下電化學反應示意圖。
【小結】
本文研究人員以氧化石墨烯為結構導向劑，利用多巴胺與鉬酸銨的絡合用途以及多巴胺的原位聚合反應，輔以高溫硫蒸氣硫化解決，合成出層間距更大的少層MoS2與石墨烯有機耦合的復合納米片材料(G@MoS2-C)：
G@MoS2-C的神奇二維片型結構，有利于縮短鈉離子的擴散距離;具有張大層間距的少層MoS2，則有利于提高活性物質的利用率;三明治層間的石墨烯，有利于提高復合材料的導電性。
密度泛函理論研究證明，隨MoS2層間距的新增，鈉離子在其層間的擴散能壘逐步減小，鈉離子的擴散阻力降低。
該材料作為鈉離子電池的負極材料，在3A/g的電流密度下，循環4500圈后，G@MoS2-C的比容量仍高達253mAh/g;在50A/g的超高電流密度下，表面/近表面反應的貢獻比例新增，其比容量可達93mAh/g。
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