WS2納米材料在電池中的應用

作為潛在的鋰電池高容量陽極材料，TMDCs獲得了相當的關注，尤其是WS2納米材料。由於二維層結構和它們之間的大板塊空間，WS2表現出比商業石墨更高的理論比容量（433 mAh-g-1）。當用作鋰離子電池的陽極時，WS2表現出不斷提高的儲鋰能力。例如，研究人員製備了一種有序的介孔WS2作為LIB的陽極，在0.1A.g-1的電流下顯示了805 mAh.g-1的高儲鋰能力。

鋰離子電池（LIBs）由於其高比能量、高效率和長存儲壽命，被廣泛用於生活的各個領域，如可擕式電子產品、電動汽車和電網級儲能系統。目前，在商業化的LIBs中，最廣泛使用的陽極材料是石墨。然而，傳統的石墨陽極具有固有的低理論比容量（372 mAh.g-1），這限制了用於LIBs的石墨的發展。

另外，Wang等人研究了WS2納米管的鋰插入行為，在第一和第二個迴圈中，其放電能力分別為~915和610 mAh.g-1。然而，有兩個問題阻礙了基於WS2的鋰離子電池的廣泛應用。第一個問題是在Li+插層/去插層過程中的體積變化。另一個問題是導電性差，導致迴圈過程中幾何結構的破壞。

（圖片來源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

上述兩個問題最終會導致電極迴圈穩定性的下降。一個可行的策略是將納米WS2與導電的碳質基質結合起來，包括石墨烯、空心碳和無定形碳材料，以增加導電性並緩衝WS2電極的大體積變化。石墨烯具有突出的導電性和機械強度，使其成為理想的複合材料。

例如，Li等人在RGO（WG）複合材料上合成了多片納米結構的WS2納米片，與原始WS2相比，在用作LIBs的陽極材料時，表現出更好的迴圈穩定性和速率性能。迴圈穩定性的提高歸功於RGO和WS2納米材料之間的協同效應，它可以在鋰化/去鋰化過程中抵制WS2的堆積，並促進電子和離子的快速轉移。此外，空心碳材料，如多壁和單壁碳納米管也被許多研究人員所探索。

例如，Kartick等人研究了WS2-MWCNT混合體，發現該複合體表現出較高的初始充電容量（483 mAh.g-1）和增強的迴圈穩定性，在20次迴圈後，第一個迴圈的容量保持率超過80%，超過原始WS2僅40%的容量保持率。作為比較，SWCNTs顯示出比MWCNT混合體更高的電池性能。Ren等人合成了三維WS2-SWCNT泡沫，它顯示了不斷提高的比容量和出色的容量保持率，這歸功於SWCNTs的超高導電性和由於電極材料結構的巧妙設計而產生的出色的機械靈活性。

Liu等人報導了一種三元WS2/CuO/SWCNT多孔混合體，它表現出獨特的夾層結構，即分層的WS2納米片被導電的SWCNT和CuO納米片隔開，具有很高的電化學活性。額外的CuO可以作為一種電化學活性材料，這對提高比容量也是有益的。因此，可以獲得高的可逆比容量、突出的速率能力和可聚合的可逆比容量。

（圖片來源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

雖然大大改善了電化學性能，但上述複合材料的高成本是一個普遍的缺點。因此，無定形碳材料，如超級P，吸引了研究人員的注意。Huang等人研究了WS2-Super P納米複合材料，該材料表現出81%的初始庫侖效率以及~389 mAh.g-1的高可逆容量，具有良好的迴圈穩定性和速率性能。

同樣，Li等人合成了WS2/C複合材料，作為LIBs的陽極材料，在電流密度為200 mA-g-1時，顯示出322 mAh.g-1的高可逆比容量，表明WS2/C複合材料是LIBs的有前途的高性能陽極材料。這些發現表明，無定形碳材料在LIBs陽極材料的研究中具有潛在的進展。

文章來源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化鎢納米材料用於能源轉換和儲存。Tungsten 2，109-133（2020）。

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