多孔二硫化钼泡沫用作锂电池负极材料-焦点速递

(资料图)

近日，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）与沙特阿美石油公司（Aramco）的研究者共同开发了一种高度有序的无机泡沫——3D分层多孔二硫化钼泡沫（MoS2）。该泡沫因具有复杂的层次结构（七个数量级结构层次）和优异的电化学性能，而适合制作高性能的锂电池负极材料，能轻松且快速地嵌入和脱出锂离子。

多孔二硫化钼泡沫示意图，图源：KAUST

二硫化钼是一种典型的低维度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，所以被视为富有前景的锂离子电池负极材料。然而，MoS2由于层状结构堆叠且易碎即层与层之间会滑动，而导致电化学稳定性不佳，再加上实际应用中材料体积效应大和扩散动力学缓慢，更是限制MoS2在锂电池中的应用。

二硫化钼图片

有鉴于此，KAUST和Aramco的研究者就将二维MoS2纳米片转化为有组织的、稳定的三维MoS2泡沫，以用于锂离子电池负极材料。研究表明，3D MoS2泡沫负极材料能够提供超出预期的锂离子电荷存储容量，优于现有技术水平的分层黑磷(BP)、硅-石墨烯、硅@C、硅(Si)和中孔石墨烯颗粒负极；3D MoS2泡沫有望用于高功率密度和长循环寿命相结合的应用前景；3D MoS2泡沫的优异倍率性能，使其成为锂离子混合电容器的理想候选材料，有望提供比锂离子电池更高的功率密度和比超级电容器更高的能量密度。

MoS2泡沫具有高度有序的层次结构，无论是从纳米结构元素还是从可视化特征的角度来看，都对实现高倍率性能锂电负极材料非常关键，能反复承受膨胀和收缩。