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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)良負極

憑借豐富的電活性位點和快速的離子擴散路徑，MoS₂等超薄二硫屬化物顯示出作為鈉/鉀離子電池（SIBs/PIBs）負極的巨大潛力。然而，超高縱橫比的納米片很容易聚集和重新堆疊，大大削弱了其內在優(yōu)點。

在此，武漢理工大學劉金平教授、劉丹副教授等人報道了通過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構（C-p-MoS₂/CNTs），從而設計可持續(xù)SIB/PIB負極。機理研究表明，CNTs充當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，最終產生層數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復合材料同時具有SIB/PIB負極所需的多個優(yōu)點：

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，同時在材料的近表面上產生法拉第氧化還原反應；

2）外部CNTs用作電子傳輸的高速通道；

3）柱撐碳加寬了層間間距，促進了Na⁺/K⁺擴散；

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)過程中有效釋放應力并穩(wěn)定電極結構。

圖1. 皺縮C-p-MoS₂ /CNT球的形成機理和結構演變

因此，作為SIB和PIB的負極，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。電化學測試表明，當與Na₃V₂ (PO₄)₂F₃（NVPF）正極配對時，基于C-p-MoS₂/CNTs負極組裝的鈉離子紐扣電池可在9.4 mg cm^-2的高質量負載下以高達50 C的倍率運行，并在40 C下超過600次循環(huán)時表現(xiàn)出超長的循環(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100次后仍保留90%的容量，同時還可在平均工作電壓為2.0 V的條件下實現(xiàn)以188 Wh kg^-1高能量密度的穩(wěn)定循環(huán)。總之，這項工作為許多二維層狀材料的工程設計提供了一個新的視角，以展示其在高性能儲能應用中的能力。

圖2. 全電池器件的電化學性能

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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