近日，北京科技大學(xué)曲選輝教授課題組成功制備出了二硫化鉬/石墨烯復(fù)合納米片，其能很好地作為鋅電池正極材料，這樣不僅能顯著升高產(chǎn)品容量，還可以有效延長該電池的使用壽命。
鋅離子電池具有理論容量高、成本低廉、環(huán)境友好、組裝簡便等優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展前景的大規(guī)模儲能系統(tǒng)。但是，二價鋅離子與宿主材料之間的強(qiáng)靜電作用、正極材料溶解、鋅枝晶生長等問題限制了其廣泛應(yīng)用。目前，中性或弱酸性電解液已被證實可有效提高鋅負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性，因而進(jìn)一步開發(fā)與之匹配且能夠高效、快速、穩(wěn)定儲鋅的正極材料是推動鋅離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。層狀材料如釩氧化物、錳氧化物等憑借通暢的二維鋅離子傳輸通道得到廣泛研究。
然而，二硫化鉬作為一種經(jīng)典的二維層狀過渡金屬硫化物卻很少被用于儲鋅，這主要是由于塊體MoS2較小的層間距（0.62 nm）和較差的親水性限制了水合鋅離子的可逆脫嵌。因此，開發(fā)具有更大層間距且親水性良好的MoS2基儲鋅正極材料具有重要意義。
為了解決上述的問題，北科大研究者采用靜電自組裝策略，成功將石墨烯插入MoS2層間，MoS2層間距從0.62nm顯著擴(kuò)大至1.16nm，且還原氧化石墨烯和富1T相MoS2賦予該材料更好的電子導(dǎo)電性和親水性。所制得“三明治”結(jié)構(gòu)二硫化鉬/石墨烯復(fù)合納米片自組裝為花狀結(jié)構(gòu)，可有效抑制MoS2層、石墨烯層堆疊，有利于電解液充分浸潤和鋅離子快速擴(kuò)散，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。相比塊體MoS2，該復(fù)合材料儲鋅容量能提升10倍以上，且循環(huán)穩(wěn)定性更出色（1800次循環(huán)后容量保持率約為88.2%）。
研究表明，該復(fù)合材料具有較高的鋅離子擴(kuò)散系數(shù)和較低的離子遷移能壘。此外，將二硫化鉬/石墨烯復(fù)合正極與聚乙烯醇/三氟甲烷磺酸鋅水凝膠電解質(zhì)、鋅箔負(fù)極匹配組裝準(zhǔn)固態(tài)鋅離子電池，展示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和柔韌性，體現(xiàn)良好應(yīng)用前景。
