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鈉離子電池(SIBs)因具有低成本和高豐度等優(yōu)勢(shì)成為鋰離子電池較具潛力的后補(bǔ)對(duì)象，然而由于擴(kuò)散控制的動(dòng)力學(xué)遲滯效應(yīng)以及較大的體積膨脹，使得SIB在高倍率和長(zhǎng)壽命方面不盡人意。

贗電容儲(chǔ)能是—種基于表面法拉第反應(yīng)機(jī)制的電荷存儲(chǔ)模式，具有類電池的高能量密度以及類雙電層電容器的高功率密度。將其組合到電池系統(tǒng)中，有望解決鈉存儲(chǔ)的高功率和長(zhǎng)壽命的問題。

MoS₂是—種通過范德華力堆疊在—起并具有類石墨分層結(jié)構(gòu)的材料，其較大的層間距有利于鈉離子的嵌入。然而在充放電過程中形成的大塊且厚板狀的MoS₂增加鈉離子遷移距離的同時(shí)，導(dǎo)致電好材料的粉化破碎。另外MoS₂的電子傳導(dǎo)性較差，這將進(jìn)—步引起好化并降低電好材料的利用率。

鑒于此，大連理工大學(xué)的邱介山、于暢教授和韋仕敦大學(xué)的孫學(xué)良教授(共同通訊)等人以碳纖維為基底生長(zhǎng)出具有高倍率和長(zhǎng)壽命特性的超寬層間距納米花狀MoS₂ (E-MoS₂/碳纖維)。得益于增強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移和質(zhì)量傳輸，這種E-MoS₂/碳纖維電好在高達(dá)20A/g的電流密度下輸出了104mAh/g的容量，完全充放電時(shí)間也僅為18.7s，其出色的贗電容電荷存儲(chǔ)能力使其在長(zhǎng)達(dá)3000次循環(huán)過程中依然能夠保持穩(wěn)定。碳纖維

圖1. (a,b)E-MoS₂/碳纖維的TEM圖像以及(c)HRTEM圖像，(d)上述碳纖維、E-MoS₂/碳纖維、MoS₂/碳纖維和商業(yè)MoS₂的XRD圖譜，(e)MoS₂不同層間距的結(jié)構(gòu)模型，(f)碳纖維、E-MoS₂/碳纖維、MoS₂/碳纖維和商業(yè)MoS₂的拉曼光譜。碳纖維

圖2. (a)E-MoS₂/碳纖維在0.1mV/s下的CV曲線，(b)E-MoS₂/碳纖維在50mA/g下的充放電曲線，(c)E-MoS₂/碳纖維、MoS₂/碳纖維和碳纖維的倍率性能，(d)E-MoS₂/碳纖維在不同電流密度下的恒電流充放電曲線，(e)E-MoS₂/碳纖維、MoS₂/碳纖維和碳纖維的循環(huán)性能和庫(kù)倫效率，(f)E-MoS₂/碳纖維在5A/g和10A/g下的循環(huán)性能。

電化學(xué)分析表明：在2mV/s的掃速下，其電容貢獻(xiàn)率達(dá)89.4%。并且在以商業(yè)活性碳(AC)作為對(duì)電好制成鈉離子混合電容器(SIHC)時(shí)，能夠提供高達(dá)54.9Wh/kg的能量密度。與此同時(shí)，作者將其電化學(xué)性能優(yōu)異的原因歸結(jié)如下：碳纖維

• MoS₂納米花的開放結(jié)構(gòu)，能夠增加電好材料和電解質(zhì)之間的接觸面積并縮短離子的擴(kuò)散路徑;

• MoS₂的超寬層間距可以降低離子擴(kuò)散阻力并增加活性表面積;

• 作為柔性基板的交織碳纖維網(wǎng)絡(luò)，使得MoS₂納米花上的電子傳輸更加順暢。碳纖維

參考文獻(xiàn):

Changtai Zhao, Chang Yu, Mengdi Zhang, Qian Sun, Shaofeng Li, Mohammad Norouzi Banis, Xiaotong Han, Qiang Dong, Juan Yang, Gang Wang, Xueliang Sun, Jieshan Qiu, Enhanced sodium storage capability enabled by super wide-interlayer-spacing MoS₂ integrated on carbon fibers, Nano Energy 2017, DOI: org/10.1016/j.nanoen.2017.08.030