本网讯(机械电子工程学院易迎欣)近日,机械电子工程学院朱文均副教授联合东华大学罗维教授、浙江工业大学陶新永教授、上海大学卜凡兴研究员在能源顶级期刊《Green Energy & Environment》(中科院1区top,IF=14.6, CiteScore:22.0)上发表学术论文《1T-MoS2nanosheets with enlarged interlayer spacing vertically bonded on rGO for high-performance lithium-ion capacitors》。朱文均、罗维、陶新永和卜凡兴为论文通讯作者,景德镇陶瓷大学为第一署名单位。
电动汽车和便携式电子设备快速发展,催生了对高能量密度、高功率密度且长期循环稳定的储能系统的需求。锂离子电容器(LICs)兼具锂离子电池(LIBs)的高能量密度与超级电容器(SCs)的高功率密度,已成为新一代储能装置的有力候选者。然而,不同反应机制导致正负极之间存在显著的动力学失衡——例如负极锂离子嵌入/脱附速度远低于正极离子吸附/解吸,严重制约了LICs的整体性能。因此,开发具有比容量高、反应动力学优异和结构稳定的负极,对获得高性能LICs至关重要。
本文借助3D定向垂直结构、物相调控和异质复合设计策略,提出了一种简易、绿色的制备方法,实现了三维垂直1T-MoS2/rGO复合电极的可控制备。系统研究了电极材料的结构演变过程,并提出了一种切实可行的形成机制,最终获得具有优异电化学性能的3D垂直1T-MoS2/rGO复合电极。考察了其在LIBs和LICs领域的应用,结果表明这种独特结构可获得理想的能量密度、功率密度和循环稳定性,5 A g-1条件下500次循环后容量为500 mAh g-1,能量密度高达185.7 Wh kg-1,5000次循环后容量依旧保持91.02%。本研究可为高性能电极的设计及构筑提供一种可行策略,同时,所获得材料可广泛应用于电催化制氢、金属离子电池、环境治理等领域。

图1. (a-c)高倍扫描电子显微镜图像,(d-f)透射电子显微镜图像,(g-i)高分辨率透射电子显微镜图。

图2. (a) 3D垂直1T-MoS2/rGO复合材料(F1-F3)的XRD图和(b) N2吸附/解吸等温线(插图是相应的孔径分布);F2的(c-g) XPS光谱结果、(h)拉曼光谱和(i) TG-DSC曲线。

图3. (a) F2的CV曲线;(b)倍率性能和(c) EIS结果(插图是等效电路);(d) F2与现有MoS2基电极的性能对比图;(e-h) F2反应动力学研究;(i)结构优势示意图。

图4. (a)电荷储存机制,(b) CV曲线,(c)充电/放电结果和(d)不同电流密度下的比电容;(e) Ragone图,(f)循环性能图。
(责任编辑:刘欢 审稿:兰茜 刘欢)
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