適用于鎂鋰電池的高分散性MoS2納米流體問世

由於快速的二維離子擴散通道，二硫化鉬（MoS₂）在混合鎂鋰電池中具有巨大的前景。發表在ACS應用能源材料雜誌上的一項新工作側重于開發高度分佈的MoS₂納米流體，作為鎂-鋰電池的陰極材料，以增加容量和壽命。

可充電電池，如鋰離子電池和鎂離子電池，對於能源資源的有效管理至關重要，因為它們可以儲存和釋放電力，而不會對環境造成任何傷害。

鋰離子電池（LIBs）由於其高重量級的功率密度、理論潛力和長期迴圈的穩定性，近來獲得了相當大的關注。然而，由於鋰源的稀缺性和在陽極表面形成的鋰枝晶的缺陷，LIBs並不適合廣泛的實際應用。

（圖片來源：P5h/Shutterstock.com）

因此，由於資源的可用性和陽極的無枝晶發展，鎂離子電池（MIBs）得到了發展。然而，鎂離子電池工業應用的一個主要挑戰是，由於這些電池的擴散動力學緩慢，在充放電操作中可能會出現明顯的極化。

研究人員已經開發出具有混合鹽電解質的MLIBs，以解決簡單的鋰離子和鎂離子電池的問題。該混合電池系統由鎂作為陽極，Mg²⁺/Li⁺混合鹽作為電解質，以及層間材料作為陰極組成。這不僅充分發揮了無樹枝狀物的鎂陽極的優勢，而且還實現了Li⁺在陰極材料中的快速動力學反應。

目前，已經開發的大多數MLIBs是Daniell型電池，其中溶液中鋰鹽的吸收大大限制了MLIBs的能量密度。如果正極材料能夠同時儲存Li⁺和Mg²⁺，MLIBs將消除Daniell型電池的問題，同時保持高能量密度。

二硫化鉬（MoS2）是傳統的過渡金屬二硫化物的代表，最近作為鎂鋰電池的陰極材料獲得了相當大的興趣。雖然大塊的MoS₂與Mg²⁺插層不相容，但分散的MoS₂對Mg²⁺的擴散和保留更為有利。

傳統上，人們採用各種技術來合成分散的MoS₂，包括機械剝落、電解剝落和液體剝落。然而，這些技術在其合成階段往往是困難的，或者是耗費時間和精力的。因此，開發一種生產高度分散的納米MoS₂的簡單工藝對工業應用至關重要。

在這項研究中，使用鹽酸來調節溶液中的硫離子濃度，製造了具有不同分散程度的MoS₂納米流體。MoS₂具有明顯的形態特徵，具有較大的BET面積和較寬的晶格間距，使其作為混合型MLIBs的陰極材料顯示出較大的容量、優良的速率效率和穩定的迴圈性能。

分散的結構和增強的晶格間距有利於電解質和材料之間的完全接觸，並使電極內部的離子擴散路線長度最小化，因此促進了離子的擴散並提高了反應速率。MoS₂的獨特結構使其在100次迴圈中實現了192.8 mAh g^-1的高可逆容量。

在這項工作中，研究人員通過使用鹽酸控制溶液中硫離子的數量，成功製造了高度分佈的MoS₂納米流。目前的研究不僅為鎂鋰電池提供了一種可行的陰極材料，而且還強調了一種為其他工業用途製造高分散性MoS₂納米流體的方法。

這項題為“Hydrochloric Acid-Assisted Synthesis of Highly Dispersed MoS₂ Nanoflowers as the Cathode Material for Mg-Li Batteries”的研究發表在ACS應用能源材料（2022）上。該研究主要由Xiong, Z等人開展。

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