MoS2与石墨烯构建高性能镁锂混合离子电池

近期,哈尔滨工业大学研究者构建了高性能镁锂混合离子电池,具有优异的循环性能、倍率性能和循环稳定性的优点,主要是因为它正极材料是用二硫化钼(MoS2)和石墨烯交替叠加的范德华异质结。

MoS2与石墨烯构建高性能镁锂混合离子电池图片

镁锂混合离子电池是以储锂材料为正极,镁金属为负极,镁锂双盐混合溶液为电解液的新型电池体系。该电池体系具备镁基电池优势的同时,解决了储镁材料动力学迟缓的问题,因而表现出比镁离子电池更高的容量、更好的倍率性能及更长的循环寿命。

不过,镁锂混合离子电池在发展中仍遇到以下几个问题:一是目前大多数报道的正极材料仅能实现Li的嵌入和脱出;二是Mg在正极材料中的扩散动力学缓慢,在高倍率下容量几乎为零,从而严重影响电池的电化学性能。因此,制备可实现Mg和Li共嵌的正极材料以及解决镁在正极材料中扩散动力学缓慢的问题,成为该电池实际应用的关键限制因素之一。

针对上面的问题,哈尔滨工业大学研究者利用静电吸附自组装的方法合成了MoS2和石墨烯交替叠加的范德华异质结正极材料。与本征态MoS2相比,这种异质结材料可以调控离子传输路径从MoS2层间转变为MoS2和石墨烯层间,从而大幅度降低Li和Mg的扩散能垒,在1000mA/g的大电流密度下仍然可以实现镁锂的双嵌,并保持较高的可逆循环容量和结构稳定性。

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该研究成功已以“A MoS2 and Graphene Alternately Stacking van der Waals Heterostructure for Li+/Mg2+ Co-Intercalation”为题发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上。

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