花欲直播官方版,青瑶直播软件下载安卓手机,黎陌直播免费版app下载

第Ⅲ部分鉬在新能源電池市場(chǎng)的介紹
第十七章鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用

據(jù)中據(jù)中鎢在線/中鎢智造了解，碳化鉬、氮化鉬、二硫化鉬、三硫化鉬和二硒化鉬等鉬化合物作為鋰硫電池電極材料的應(yīng)用，是為這一技術(shù)增添了新的活力。這些鉬化合物不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，還能有效提高鋰硫電池的能量密度和循環(huán)壽命，從而使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

二硒化鉬圖片

電動(dòng)汽車領(lǐng)域是鋰硫電池的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的鋰電池雖然在一定程度上滿足了電動(dòng)汽車的能源需求，但其能量密度和續(xù)航里程仍有待提升。而鋰硫電池以其高能量密度的優(yōu)勢(shì)，有望為電動(dòng)汽車提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更短的充電時(shí)間。此外，鉬化合物的應(yīng)用還可進(jìn)一步提高鋰硫電池的性能穩(wěn)定性，降低成本，從而推動(dòng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的普及和發(fā)展。

鋰硫電池在航空航天領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用潛力。航空航天器對(duì)能源系統(tǒng)的要求極高，需要電池具備高能量密度、輕量化和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。而鋰硫電池正好符合這些要求，其高能量密度和輕量化的特性可以提高航空航天器的性能，同時(shí)降低整體重量，有助于實(shí)現(xiàn)更高效、更環(huán)保的飛行。鉬化合物的應(yīng)用可以進(jìn)一步提升鋰硫電池的性能，使其在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

鋰硫電池圖片

鋰硫電池在可再生能源儲(chǔ)存領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著可再生能源的不斷發(fā)展和普及，如何有效地儲(chǔ)存這些不穩(wěn)定的能源成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。鋰硫電池以其高能量密度和長(zhǎng)壽命的特性，可以有效地儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源的平衡和可持續(xù)利用。鉬化合物的應(yīng)用可以提高鋰硫電池的儲(chǔ)能效率和穩(wěn)定性，為可再生能源的儲(chǔ)存和利用提供更好的解決方案。

未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入，鋰硫電池的性能和可靠性將得到進(jìn)一步提升。目前，鋰硫電池還存在一些技術(shù)難題，如容量退化和循環(huán)壽命短等問(wèn)題。然而，通過(guò)新材料和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，這些問(wèn)題有望得到解決。例如，通過(guò)優(yōu)化鉬化合物的結(jié)構(gòu)和性能，可以進(jìn)一步提高鋰硫電池的能量密度和循環(huán)壽命；通過(guò)改進(jìn)電池的設(shè)計(jì)和制造工藝，可以降低電池成本并提高生產(chǎn)效率。

17.1 碳化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用

碳化鉬，英文名為Molybdenum Carbide，化學(xué)式為MoC，是一種由金屬鉬與非金屬碳共同組成的化合物，結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，MoC憑借著獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。特別是在鋰硫電池領(lǐng)域，MoC的應(yīng)用更是引起了研究者們的極大興趣。

碳化鉬具有灰色粉末的外觀，熔點(diǎn)高達(dá)2692℃，顯示出其出色的熱穩(wěn)定性。它不溶于水和堿液，但微溶于硝酸、硫酸和氫氟酸，這些特性為其在各種極端條件下的應(yīng)用提供了可能。更重要的是，MoC具有大硬度和良好的機(jī)械穩(wěn)定性、耐磨性以及抗腐蝕性，使其能夠在各種嚴(yán)苛環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。

碳化鉬圖片

除此之外，碳化鉬還具有類似貴金屬的電子結(jié)構(gòu)和催化特性。這種特性使得MoC能夠催化多種重要的化學(xué)反應(yīng)，包括加氫氫解反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、加氫脫硫反應(yīng)、加氫脫氮反應(yīng)、氨合成反應(yīng)以及烴類轉(zhuǎn)化與合成反應(yīng)等。這些催化特性為MoC在能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的空間。

眾所周知，鋰硫電池以其高能量密度和低成本優(yōu)勢(shì)，被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的有力候選者。然而，硫正極的導(dǎo)電性差、充放電過(guò)程中的體積膨脹以及穿梭效應(yīng)等問(wèn)題，一直是制約鋰硫電池性能提升的關(guān)鍵因素。MoC的出現(xiàn)，為解決這些問(wèn)題提供了新的可能。

碳化鉬可以作為硫正極的導(dǎo)電添加劑。其優(yōu)良的導(dǎo)電性能可以有效提高硫正極的電子傳輸效率，從而提升電池的放電性能。同時(shí)，MoC的高硬度和良好的機(jī)械穩(wěn)定性也可以在一定程度上抑制硫正極在充放電過(guò)程中的體積膨脹。

碳化鉬的催化性使其在促進(jìn)硫的氧化還原反應(yīng)方面具有潛在優(yōu)勢(shì)。通過(guò)優(yōu)化MoC的微觀結(jié)構(gòu)和分布，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硫氧化還原反應(yīng)的高效催化，從而提高鋰硫電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

碳化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用前景廣闊。隨著制備技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，碳化鉬有望在鋰硫電池領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。然而，目前碳化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何進(jìn)一步優(yōu)化碳化鉬的微觀結(jié)構(gòu)和分布，以實(shí)現(xiàn)對(duì)硫氧化還原反應(yīng)的高效催化；如何降低碳化鉬的制備成本，以推動(dòng)其在鋰硫電池中的大規(guī)模應(yīng)用等。

鋰硫電池圖片

17.1.1 鋰硫電池正極材料用碳化鉬復(fù)合材料

17.1.2 鋰硫電池集流體材料用碳化鉬納米纖維

17.1.3 鋰硫電池用碳化鉬的挑戰(zhàn)

17.2 氮化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用

17.2.1 鋰硫電池正極材料用二氮化三鉬

17.2.2 鋰硫電池電極材料用氮化鉬復(fù)合材料

17.2.3 鋰硫電池隔膜用氮化鉬量子點(diǎn)

17.2.4 鋰硫電池中間層用氮化鉬納米片

17.2.5 鋰硫電池用氮化鉬的挑戰(zhàn)

17.3 二硫化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用

二硫化鉬，化學(xué)式為MoS?，是一種無(wú)機(jī)化合物，具有黑色固體粉末的形態(tài)，并帶有金屬光澤。它的熔點(diǎn)高達(dá)2375℃，密度為4.80g/cm3（在14℃時(shí)測(cè)量）。此外，二硫化鉬不溶于水、稀酸和濃硫酸，但溶于王水和煮沸的濃硫酸。這種化合物的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，如鋰硫電池。

二硫化鉬圖片

鋰硫電池是一種具有極高理論能量密度的電池技術(shù)，其正極通常采用硫材料，負(fù)極則使用金屬鋰。然而，鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨多個(gè)挑戰(zhàn)，如多硫化物的穿梭效應(yīng)、硫正極的導(dǎo)電性差等。二硫化鉬的出現(xiàn)為解決這些問(wèn)題提供了新的可能性。

在鋰硫電池中，二硫化鉬的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

作為正極涂層材料：通過(guò)涂覆二硫化鉬在硫正極上，可以提升硫的導(dǎo)電性，從而提高硫的利用率。這種策略可以有效減少充放電過(guò)程中硫的損失，進(jìn)而提升鋰硫電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。

鋰硫電池圖片

作為負(fù)極材料：盡管二硫化鉬作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)存在易分解和與電解液發(fā)生副反應(yīng)的問(wèn)題，但其在鋰硫電池中的應(yīng)用可能具有不同的表現(xiàn)。一些研究表明，通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和接口工程，MoS?有可能成為一種有效的鋰硫電池負(fù)極材料。

作為隔膜修飾材料：二硫化鉬與碳材料的復(fù)合可以作為隔膜修飾材料，通過(guò)吸附和催化電解液中的多硫化物，有效抑制穿梭效應(yīng)，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。MoS?在鋰硫電池中的應(yīng)用還遠(yuǎn)未達(dá)到其潛力上限。研究者們正不斷探索和優(yōu)化其在電池中的應(yīng)用方式，以進(jìn)一步提升鋰硫電池的性能。

隔膜圖片

具體來(lái)說(shuō)，研究者們正在通過(guò)調(diào)控二硫化鉬的微納結(jié)構(gòu)，以獲得更多的活性邊緣位點(diǎn)，這有助于增強(qiáng)對(duì)多硫化物的吸附和催化能力。此外，研究者們還在探索將MoS?與其他材料（如碳材料、導(dǎo)電聚合物等）進(jìn)行復(fù)合，以協(xié)同增強(qiáng)電池的性能。

盡管二硫化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)需要克服。例如，如何進(jìn)一步提高M(jìn)oS?在電池中的穩(wěn)定性，以及如何優(yōu)化其與其他材料的復(fù)合方式，以實(shí)現(xiàn)更好的性能等。

總的來(lái)說(shuō)，二硫化鉬作為一種具有獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的材料，在鋰硫電池中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，相信未來(lái)MoS?將在鋰硫電池中發(fā)揮更加重要的作用，推動(dòng)鋰硫電池技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

需要注意的是，雖然二硫化鉬在鋰硫電池中的應(yīng)用具有潛力，但實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮其成本、生產(chǎn)工藝、環(huán)境友好性等多方面因素。因此，未來(lái)還需要進(jìn)一步深入研究，以推動(dòng)MoS?在鋰硫電池中的實(shí)際應(yīng)用。

17.3.1 鋰硫電池正極材料用二硫化鉬納米片

鋰硫電池作為一種新興的高能量密度電池技術(shù)，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，鋰硫電池以轉(zhuǎn)換反應(yīng)為基礎(chǔ)，克服了插入式氧化物陰極和石墨陽(yáng)極的局限性，從而實(shí)現(xiàn)了更高的能量密度。鋰硫電池的核心組成部分是硫陰極和鋰金屬陽(yáng)極，其中硫的電絕緣性質(zhì)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究者們不斷探索各種導(dǎo)電材料作為硫的宿主，以提高硫的利用率和電池的整體性能。

二硫化鉬圖片

近期，劍橋大學(xué)的Chhowalla Manish和Yang Jieun團(tuán)隊(duì)報(bào)導(dǎo)了一項(xiàng)創(chuàng)新性的研究，他們使用鋰化金屬1T相二硫化鉬（LixMoS2）納米片作為承載硫的無(wú)粘結(jié)劑導(dǎo)電陰極，成功實(shí)現(xiàn)了高性能鋰硫電池。這一研究不僅為鋰硫電池的實(shí)用化提供了新的可能性，也為高性能電池材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

二硫化鉬（MoS2）是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的化合物，其層間通過(guò)弱范德華力相互連接。這種結(jié)構(gòu)使得MoS2具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和親液性。特別是1T相MoS2，其金屬性使得它具有較高的電導(dǎo)率和催化活性。通過(guò)化學(xué)剝離的方法，研究者們成功制備了鋰化金屬1T相MoS2納米片，這些納米片具有單層結(jié)構(gòu)，能夠在溶劑中形成穩(wěn)定的分散體。

二硫化鉬圖片

具體制備過(guò)程如下：首先，采用丁基鋰化學(xué)方法對(duì)MoS2進(jìn)行化學(xué)剝離，使其從半導(dǎo)電相轉(zhuǎn)化為金屬相。隨后，將得到的金屬相LixMoS2在溶劑中超聲處理，形成穩(wěn)定的分散體。最后，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に?，將LixMoS2納米片從分散體中剝離出來(lái)，得到單層結(jié)構(gòu)的納米片。

在鋰硫電池中，二硫化鉬納米片作為硫的宿主材料，展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢(shì)。首先，由于其高導(dǎo)電性，MoS2納米片能夠有效地提高硫的利用率，減少硫在電解質(zhì)中的溶解和流失。其次，MoS2納米片的親液性使得它能夠與電解質(zhì)形成良好的浸潤(rùn)，從而促進(jìn)了離子的擴(kuò)散和傳輸。此外，MoS2納米片還具有優(yōu)異的催化活性，能夠加速多硫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，提高電池的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

鋰硫電池圖片

為了研究基于LixMoS2的陰極在鋰硫電池中的電化學(xué)性能，研究者們制備LixMoS2/硫復(fù)合材料（硫含量>70wt%），并將其組裝到帶有鋰金屬陽(yáng)極的紐扣電池中進(jìn)行測(cè)試。這一設(shè)計(jì)使得硫能夠均勻地分布在LixMoS2納米片的表面和內(nèi)部，從而充分利用了LixMoS2的高導(dǎo)電性和催化活性。

研究者們對(duì)基于LixMoS2的鋰硫電池進(jìn)行了的電化學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電池展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。具體來(lái)說(shuō)，LixMoS2陰極在0.1C的電流密度下，比容量達(dá)到了1428mAh/g，遠(yuǎn)高于由半導(dǎo)電的2H MoS2制成的陰極。這一容量表明硫的利用率為85.2%（100%硫利用的理論容量為1672mAh/g），顯示出LixMoS2對(duì)硫的高效利用。

此外，LixMoS2陰極還表現(xiàn)出較低的極化電壓間隙和較好的速率能力。在充電/放電過(guò)程中，由于電催化活性的提高，陽(yáng)極/陰極反應(yīng)更早發(fā)生。同時(shí)，LixMoS2陰極在1C的電流密度下循環(huán)500次后的容量保持率高達(dá)90%，遠(yuǎn)高于對(duì)照樣品，顯示出其優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

為了更深入地了解LixMoS2在鋰硫電池中的作用機(jī)制，研究者還對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明，LixMoS2納米片能夠改善對(duì)多硫化鋰的吸附，增強(qiáng)Li+的傳輸，從而加速電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，其卓越的多硫化物轉(zhuǎn)化的電催化活性也有助于提高電池的整體性能。

鋰硫電池圖片

在鋰硫電池中，硫與鋰的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過(guò)程，涉及到多個(gè)中間產(chǎn)物和反應(yīng)步驟。硫在放電過(guò)程中與鋰發(fā)生反應(yīng)，首先形成長(zhǎng)鏈的多硫化鋰（Li2Sx，x>2），然后逐漸轉(zhuǎn)化為短鏈的多硫化鋰（Li2S2和Li2S）。這些反應(yīng)是鋰硫電池能量釋放的主要來(lái)源。

而LixMoS2納米片在這個(gè)過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用。它不僅能夠作為導(dǎo)電基底提高硫的利用率，還能夠通過(guò)吸附和催化作用促進(jìn)多硫化鋰的轉(zhuǎn)化。這種在鋰硫電池的充放電過(guò)程中，硫與鋰的反應(yīng)是核心的電化學(xué)反應(yīng)。具體反應(yīng)方程式可以表達(dá)為：

放電過(guò)程：S8+16Li++16e-→8Li2S

這個(gè)總反應(yīng)實(shí)際上是由一系列連續(xù)的多步反應(yīng)組成的，其中包括了多硫化鋰（Li2Sx，其中x的數(shù)值逐漸減?。┑男纬珊娃D(zhuǎn)化。

LixMoS2納米片的存在對(duì)于促進(jìn)這些反應(yīng)起到了關(guān)鍵作用。它不僅能夠作為硫的載體，提供高導(dǎo)電性，使得硫在充放電過(guò)程中能夠高效地進(jìn)行電子交換，同時(shí)還能夠通過(guò)其催化作用，加速多硫化鋰的轉(zhuǎn)化，減少穿梭效應(yīng)，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。