Small Methods:赝电容特性的超薄MoS2纳米片原位生长在氮掺杂碳微球用于构建高性能锂离子电容器

锂离子电容器结合了锂离子电池高能量与超级电容器高功率的特点,已成为目前最为先进的新型储能器件之一。然而,构建高性能的锂离子电容器依然有待于电容型正极材料和电池型负极材料之间的电化学动力学和容量不匹配等问题的解决。一方面,商业化活性炭的比电容较低,成为锂离子电容器容能量密度提升的限制因素。另一方面,二维纳米材料作为锂离子电池负极吸引了学术界的大量关注,具有极大的应用前景。特别是,二硫化钼(MoS2)材料具有较大的层间距(~0.62 nm),且S-Mo-S键的层间相互作用力较弱等优势,能为Li+的扩散过程提供快速的电化学动力学。但该材料也存在着易堆垛,本征电子导电性差,循环过程中体积膨胀等问题。因此,设计出高容量的电容型正极材料,优化MoS2电池型负极的结构与性能,用于构建高性能的锂离子电容器具有重要的研究意义。

近日,南京航空航天大学-江苏省高效电化学储能技术重点实验室张校刚教授课题组在Small Methods上发表了题为“Engineering Ultrathin MoS2 Nanosheets Anchored on N-Doped Carbon Microspheres with Pseudocapacitive Properties for High-Performance Lithium-Ion Capacitors”的研究论文(第一作者为南京航空航天大学蒋江民博士)。他们提出采用聚酰亚胺为前驱体,同时制备出MoS2/N掺杂的碳微球(MoS2/N-NPCM)负极以及分级多孔碳(NPCM-A)正极材料的策略。由于MoS2/N-NPCM具有快的锂离子扩散速率,高赝电容特性,拓宽层间距,3D导电网络结构等特点,该复合负极材料可实现优异的倍率性能和循环性能。与此同时,NPCM-A正极材料具有高的比表面积和优异的电容行为。作者采用聚酰亚胺同时衍生的正、负极材料用于构建锂离子电容器能实现120 Wh kg-1的最大能量密度,并在4000次循环后依然保持85.5%的容量,表明该器件电化学性能优异。进一步,本工作提出采用相同的前驱体以制备出二维硫化物和分级多孔碳材料的策略,也可用于制造用于其他储能材料的电极结构设计。

相关文章在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201900081)上。