二硫化钼复合材料构筑高性能金属离子电池-当前看点

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近期，北京理工大学研究团队制备出了一种新型的二硫化钼（MoS2）复合材料——双二维MoS2-石墨烯核壳结构，其具有较高的容量、较强的电子运输能力、良好的循环性能和较小的体积膨胀系数等特点，因而适合应用于高性能金属离子电池中。

双二维MoS2-石墨烯复合材料制备示意图（图源：Guoqiang Tan/Nano Energy）

基于材料来源广泛，合理生产成本和对生态环境较为友好等特点，金属离子电池非常有潜力满足未来大规模能源存储的需求。常见的金属离子电池有锂离子电池、锌离子电池、钠离子电池和铝离子电池等。然而，这些储能电池均存在一定的不足，比如能量/功率密度较低和循环寿命较短等。

有鉴于此，研究者开发了一种较有潜力的负极材料即二硫化钼二维材料。据中钨在线了解，MoS2是一种典型的层状过渡金属硫化物半导体材料，具有较高的理论比容量（~670mAh/g）和较短的离子运输距离，适合高性能储能电池的制造。然而，在实际应用过程中，该材料存在体积效应大、导电性差和扩散动力学缓慢的缺点，因而阻碍了它的发展。

二硫化钼

为解决上述问题，北京理工大学研究者使用了金属-热同步合成方法，依据M+CS2=MS2+C（M为Mo，W，Ti，Zr，V等）的反应机理，原位构筑双二维MS2-石墨烯异质结构。以钼为例，在氩气的环境下煅烧二硫化碳和金属钼，便可生成被石墨烯包裹的MoS2晶体，形成双二维MoS2-石墨烯核壳结构。

研究表明，双二维MoS2-石墨烯复合材料具有较强的电子运输能力、较高的容量、较快的储锂能力以及优异的循环性能等优点，因而适合制造高性能负极材料。该研究成果已以“Metallothermic-synchronous construction of compact dual-two-dimensional MoS2-graphene composites for high-capacity lithium storage”发表在国际顶级期刊Nano Energy上。