二硫化钼/碳复合材料在钠离子电池中的应用

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随着锂离子电池的广泛应用,导致锂资源逐渐短缺,因此钠离子电池作为锂离子电池的替代品进入人们的视野。传统石墨作负极材料应用于钠离子电池,其比容量过低,达不到预期效果,因此寻找合适的钠离子电池负极材料是至关重要的。二硫化钼(MoS2)具有类似石墨的二维层状结构和高理论比容量(669 mA h g-1 ),且资源丰富,对环境友好,是具有广阔研究前景的负极材料。但是MoS2本身导电性较差,且充放电过程会造成严重的体积膨胀,影响材料的倍率性能和循环性能。因此考虑对MoS2进行合理的结构设计,并与碳材料进行复合,组装成钠离子电池,测试和分析其电化学性能。
  首先设计了一种具有大层间距,三维多孔结构的纳米纤维材料CF@MoS2@Al2O3。MoS2生长在多孔的碳纤维上,直径为500nm,纳米尺寸可以有效缓解材料的体积膨胀效应,而且在MoS2的表面包覆了一层薄薄的Al2O3,可以维持固体电解质中间相(SEI)层的稳定性,避免MoS2在充放电过程中片层破碎。内部的碳纤维具有三维孔道结构,可以缩短离子扩散路径,加快电化学反应进行,提高材料的电化学性能。MoS2的大层间距(0.94 nm),有利于减小钠离子在层间的扩散阻力,提高材料的电化学性能。CF@MoS2@Al2O3具有优异的电化学性能。CF@MoS2@Al2O3在50mAg-1电流密度下的可逆比容量为443mAhg-1,CF@MoS2@Al2O3在大电流下仍然有较高的可逆比容量,在500mAg-1下进行恒流充放电测试,经过500圈循环后的容量保持率为83.3%。
  然后设计了一种具有磁性的,核壳立方体结构的纳米材料FeCo@C@MoS2。材料的内部是磁性颗粒FeCo,可以提高材料的电子导电率,还可以抑制金属枝晶的生长。核壳结构可以缓解充放电过程中的体积变化。中间的碳层可以维持立方体结构的稳定性,同时可以提高材料的导电性,从而提高材料的倍率性能和循环性能。FeCo@C@MoS2表现出出色的倍率性能和循环性能。在首次充放电,可逆比容量为566mAhg-1,库仑效率为76%。在50mAg-1、100mAg-1、150mAg-1、200mAg-1和500mAg-1电流密度下的可逆比容量为482mAhg-1、457mAhg-1、441mAhg-1、428mAhg-1和380mAhg-1。FeCo@C@MoS2在大电流下也有较高的可逆比容量,在500mAg-1电流密度下进行恒流充放电测试,经过500圈循环后的容量保持率为89%。
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