WS2纳米材料在电池中的应用

作为潜在的锂电池高容量阳极材料，TMDCs获得了相当的关注，尤其是WS2纳米材料。由于二维层结构和它们之间的大板块空间，WS2表现出比商业石墨更高的理论比容量（433 mAh-g-1）。当用作锂离子电池的阳极时，WS2表现出不断提高的储锂能力。例如，研究人员制备了一种有序的介孔WS2作为LIB的阳极，在0.1A.g-1的电流下显示了805 mAh.g-1的高储锂能力。

锂离子电池（LIBs）由于其高比能量、高效率和长存储寿命，被广泛用于生活的各个领域，如便携式电子产品、电动汽车和电网级储能系统。目前，在商业化的LIBs中，最广泛使用的阳极材料是石墨。然而，传统的石墨阳极具有固有的低理论比容量（372 mAh.g-1），这限制了用于LIBs的石墨的发展。

另外，Wang等人研究了WS2纳米管的锂插入行为，在第一和第二个循环中，其放电能力分别为~915和610 mAh.g-1。然而，有两个问题阻碍了基于WS2的锂离子电池的广泛应用。第一个问题是在Li+插层/去插层过程中的体积变化。另一个问题是导电性差，导致循环过程中几何结构的破坏。

（图片来源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

上述两个问题最终会导致电极循环稳定性的下降。一个可行的策略是将纳米WS2与导电的碳质基质结合起来，包括石墨烯、空心碳和无定形碳材料，以增加导电性并缓冲WS2电极的大体积变化。石墨烯具有突出的导电性和机械强度，使其成为理想的复合材料。

例如，Li等人在RGO（WG）复合材料上合成了多片纳米结构的WS2纳米片，与原始WS2相比，在用作LIBs的阳极材料时，表现出更好的循环稳定性和速率性能。循环稳定性的提高归功于RGO和WS2纳米材料之间的协同效应，它可以在锂化/去锂化过程中抵制WS2的堆积，并促进电子和离子的快速转移。此外，空心碳材料，如多壁和单壁碳纳米管也被许多研究人员所探索。

例如，Kartick等人研究了WS2-MWCNT混合体，发现该复合体表现出较高的初始充电容量（483 mAh.g-1）和增强的循环稳定性，在20次循环后，第一个循环的容量保持率超过80%，超过原始WS2仅40%的容量保持率。作为比较，SWCNTs显示出比MWCNT混合体更高的电池性能。Ren等人合成了三维WS2-SWCNT泡沫，它显示了不断提高的比容量和出色的容量保持率，这归功于SWCNTs的超高导电性和由于电极材料结构的巧妙设计而产生的出色的机械灵活性。

Liu等人报道了一种三元WS2/CuO/SWCNT多孔混合体，它表现出独特的夹层结构，即分层的WS2纳米片被导电的SWCNT和CuO纳米片隔开，具有很高的电化学活性。额外的CuO可以作为一种电化学活性材料，这对提高比容量也是有益的。因此，可以获得高的可逆比容量、突出的速率能力和可聚合的可逆比容量。

虽然大大改善了电化学性能，但上述复合材料的高成本是一个普遍的缺点。因此，无定形碳材料，如超级P，吸引了研究人员的注意。Huang等人研究了WS2-Super P纳米复合材料，该材料表现出81%的初始库仑效率以及~389 mAh.g-1的高可逆容量，具有良好的循环稳定性和速率性能。

（图片来源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

同样，Li等人合成了WS2/C复合材料，作为LIBs的阳极材料，在电流密度为200 mA-g-1时，显示出322 mAh.g-1的高可逆比容量，表明WS2/C复合材料是LIBs的有前途的高性能阳极材料。这些发现表明，无定形碳材料在LIBs阳极材料的研究中具有潜在的进展。

文章来源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化钨纳米材料用于能源转换和储存。Tungsten 2，109-133（2020）。

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