【引言】

目前的對稱電電二次電池常采用的電池的容量，與其正負(fù)極材料的硫化料牛性質(zhì)密切相關(guān)。同種對稱結(jié)構(gòu)的可充電極材料對于電化學(xué)儲能裝置具有很高的吸引力，但是池材對于可充電電池來說很難實現(xiàn)。本文通過調(diào)控電壓窗口和電解液來完成材料的對稱電電轉(zhuǎn)換反應(yīng)，進(jìn)而組裝成對稱電池，硫化料牛提高電池的可充容量。

【成果簡介】

近日，池材中國中科院金屬所的對稱電電李峰和新南威爾士大學(xué)Da-Wei Wang（通訊作者）等人，開發(fā)了準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)的硫化料牛電化學(xué)性能調(diào)節(jié)方法（EAM）。這種調(diào)節(jié)可以減緩共價鍵過渡金屬硫化物的可充陰陽離子對之間的轉(zhuǎn)換反應(yīng)；調(diào)控電壓窗口和電解液來完成預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)換反應(yīng)。對于MoS₂正極模型中S^o轉(zhuǎn)換為S^2-被還原，池材導(dǎo)致器件容量成數(shù)量級增長和高的對稱電電循環(huán)穩(wěn)定性。負(fù)極的硫化料牛MoS₂發(fā)生可逆反應(yīng)Mo^x+轉(zhuǎn)換為Mo^o，形成高的可充容量。結(jié)合材料的正負(fù)極反應(yīng)，準(zhǔn)對稱電池的組裝，打開高容量電化學(xué)器件的新方向。相關(guān)成果以“A Rechargeable Quasi-symmetrical MoS₂Battery”為題發(fā)表在Joule上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 金屬硫化物準(zhǔn)對稱電池和EAM示意圖

（A）Li⁺和金屬硫化物的電化學(xué)反應(yīng)及EAM過程的示意圖；

（B）金屬硫化物準(zhǔn)對稱電池的示意圖。

圖2 調(diào)節(jié)電壓窗口，穩(wěn)定硫氧化還原反應(yīng)和其電化學(xué)性能圖

（A）1.7 V與上限壓調(diào)制的2.6 V、2.5 V和3.1 V電池的容量-電壓圖；

（B）調(diào)控下壓（截止電壓）為1.7 V和1.4 V容量-電壓圖；

（C）影響硫氧化還原穩(wěn)定性的活性窗口示意圖；

（D）硫還原正極MoS₂的CV曲線；

（E）在100 mAg^-1下，原始MoS₂和硫還原MoS₂的充放電曲線；

（F）硫還原MoS₂的循環(huán)性能曲線。

圖3 正極EAM的顯微結(jié)構(gòu)特征

（A）原始MoS₂的TEM圖像；

（B）EAM中0.01 V的MoS₂的TEM圖像；

（C）EAM中1.4 V的MoS₂的TEM圖像；

（D）EAM中3.1 V的MoS₂的TEM圖像；

（E）3.1 V和1.4 V和0.01 V電化學(xué)狀態(tài)下，MoS₂的XRD圖譜；

（F）EAM調(diào)控硫還原MoS₂正極材料的成分改變示意圖。

圖4 MoS₂負(fù)極和準(zhǔn)對稱電池的電化學(xué)性能圖

（A）在100 mA·g^-1的電流密度下，0.01 V和1.4 V的充放電曲線；

（B）全電池的循環(huán)性能曲線；

（C）不同電流密度下，0.3和2.8 V的充放電曲線；

（D）在0.3和2.8 V中，電池的循環(huán)性能曲線。

【小結(jié)】

金屬硫化物的EAM調(diào)控是一種合成準(zhǔn)對稱電池的有效的策略。通過調(diào)控過程，減弱金屬硫化物中硫陽離子和金屬陰離子，活化材料的氧化還原，采用MoS₂作為正極和負(fù)極的高容量對稱電池。這項工作有助于其他金屬硫化物、強(qiáng)催化劑和含硫金屬元素的化學(xué)吸附效應(yīng)的探索；有助于進(jìn)一步提高對稱電池的容量和穩(wěn)定性。另外，調(diào)控金屬硫化物活性是一種有效控制其可逆性的方法。這有助于材料的制備、提高正負(fù)極材料的容量。因為轉(zhuǎn)化反應(yīng)的內(nèi)在動力學(xué)性質(zhì)，EAM的概念有助于其他金屬硫化物和金屬鹵化物電池系統(tǒng)。

文獻(xiàn)鏈接：A Rechargeable Quasi-symmetrical MoS₂Battery（Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.04.007）。

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