MoS2基镁离子电池正极材料结构设计及其储镁性能研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w313296304
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近年来,随着全球电子信息和新能源汽车产业的高速发展,锂离子电池将越来越难以满足实际应用中日益增长的能量密度要求。镁离子电池(MIBs)因其具备的高能量密度、成本低廉、安全性高且环保等特性得到了全球范围内研究者们的广泛关注。但Mg2+的电荷密度高、溶剂化作用强,使得Mg2+在正极材料中扩散困难、动力学性能较差,导致MIBs呈现出较低的可逆容量与输出功率。因此,缺少合适的正极材料成为制约MIBs进一步发展的关键因素。本论文针对MoS2在MIBs应用中导电性差、层间距有限、结构稳定性差等问题,通过引入不同的表面活性剂来合理设计出具有不同微观形貌结构的复合材料,以提高其作为MIBs正极材料的电化学性能。本论文的主要内容如下:1.通过辛胺溶剂热插层的方法,成功制备了一种由相互重叠的MoS2层和辛胺层组成的分层纳米管状结构的MoS2@C复合材料。在溶剂热反应过程中,辛胺成功嵌入MoS2层间,MoS2层和辛胺层间的相互重叠形成了分层纳米管状结构,构建了理想的界面接触,使得MoS2@C层间距扩大至1.02 nm,提升了材料的导电率。此外,该纳米管具有的中空结构、层状结构等特征可以有效缩短Mg2+传输距离。选择APC电解液体系并将MoS2@C作为MIBs正极材料进行电化学储镁性能测试。结果表明:在20 m A g-1的电流密度下,初始放电比容量为154.1m Ah g-1(达到MoS2理论比容量的69%),相比MoS2(4.3 m Ah g-1)显著提升近36倍。2.通过水热法合成出一种具有三维多孔纳米球状结构的MoS2@PEG。通过对MoS2@PEG的物相分析发现,聚乙二醇(PEG)的引入使得该复合材料具有由超薄纳米片组装成的三维多孔纳米球状结构。三维多孔结构加强了材料结构稳定性,提供了丰富的缺陷以及电化学活性位点,同时导电性有所提升。除此之外,PEG嵌入MoS2使得层间距扩大到0.98 nm。选择APC电解液体系并将MoS2@PEG作为MIBs正极材料进行电化学储镁测试。结果表明:在20 m A g-1的电流密度下的表现出较低的初始放电比容量,但经过一段激活过程,可逆比容量由42.8 m Ah g-1增加到68.9 m Ah g-1,循环至第80次结束时仍能维持最大比容量的91.7%;在500 m A g-1的大电流密度下,其放电比容量为22.1 m Ah g-1,与普通MoS2相比呈现出优异的循环稳定性和倍率性能。
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