為了突破現(xiàn)有鋰離子電池石墨陽極存儲容量較低的限制,研究者常采用低維度的過渡金屬化合物如二硫化鉬(MoS2)、氧化鉬或二硫化鎢等來改善石墨材料或者直接采用過渡金屬復(fù)合材料來取代石墨陽極。以MoS2為例,其作為石墨電極的改性劑,不僅能彌補(bǔ)石墨低容量的不足,還可以有效解決自身穩(wěn)定性和導(dǎo)電性不佳的問題,進(jìn)而使所制備的蓄電池?fù)碛懈L的單次充電續(xù)航時間及使用壽命。
隨著人們環(huán)保意識的提高及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的化學(xué)能技術(shù),目前最為典型的就是純電動汽車逐漸取代燃油汽車。與燃油汽車最大的區(qū)別是,純電動汽車是依靠動力電池來獲得牽引力的。相對于化學(xué)能技術(shù)來說,電力技術(shù)更簡單,更環(huán)保。
目前,除了電動汽車需要用到蓄電池外,智能手機(jī)、筆記本電腦、滑板車及大量的其它可充電設(shè)備都需要用鋰離子電池提供能量。在碳達(dá)峰、碳中和及化石燃料供應(yīng)風(fēng)險日益升高的背景下,科學(xué)家希望未來電池可以驅(qū)動更多的東西,如電動火車、電動飛機(jī),甚至整個城市。
俗話的好,“想象很美好,現(xiàn)實很骨感。”由于現(xiàn)有鋰電池存在大容量與高安全性不兼容及現(xiàn)有電極材料理論容量有限的問題,科學(xué)家目標(biāo)的實現(xiàn)受到較大阻力。得益于新型二硫化鉬半導(dǎo)體材料的出現(xiàn),新的“電池風(fēng)暴”有望再次發(fā)生,這也就意味著未來電池能夠驅(qū)動更多的設(shè)備。
二硫化鉬是一種低維度的過渡金屬層狀材料,而層與層之間較大的距離,使它能容納更多的活性鋰離子及更寬的離子運(yùn)輸通道。從宏觀的角度來看,也就是說MoS2能夠提高蓄電池的容量、充電速度及安全性。但是,該層狀材料由于存在穩(wěn)定性和導(dǎo)電性較差的問題,因此不適合單獨使用,否則電池容量很容易衰減。
據(jù)中鎢在線查閱相關(guān)資料,MoS2與石墨烯復(fù)合材料的綜合性能比單獨的MoS2或石墨烯電極材料的性能更好,因此更適合作為鋰離子電池陽極材料。研究表明,MoS2/石墨烯復(fù)合材料在電流密度為0.05A/g的條件下循環(huán)200次依然可以保持313mAh/g的比容量,即使在2h/g的高電流密度下也可以達(dá)到175mAh/g。
總的來說,在碳中和碳減排背景下,新能源發(fā)展已成為必然的趨勢,這在短時間內(nèi)將增加市場對鋰電池需求,同時加快新型電極材料如MoS2與石墨烯復(fù)合材料的商業(yè)化。