Команда KAUST и Aramco разработала трехмерную иерархически пористую пену MoS2

Apr 05, 2024

Исследователи из KAUST и Aramco разработали трехмерную пену дисульфида молибдена со структурной иерархией на семь порядков. Пена обеспечивает взаимопроникающую сеть для эффективного переноса заряда, быстрой диффузии ионов, а также механически устойчивой и химически стабильной поддержки электрохимических реакций.

Выдающиеся электрохимические характеристики пеноматериала из дисульфида молибдена превосходят большинство известных анодов литий-ионных аккумуляторов на основе дисульфида молибдена и современных материалов. Статья в открытом доступе об этой работе опубликована в журнале Nature Communications.

Самособирающаяся пена имеет сложную иерархическую структуру, которая позволяет ей многократно впитывать, а затем легко выделять большие количества ионов лития. Этот материал может стать ключевым компонентом быстро заряжающихся и долговечных литиевых батарей.

(а) Схема производства иллюстрирует установку ЭГД и структурную эволюцию пены MoS2. (b) Демонстрация масштабируемого производства пены MoS2 на 4-дюймовой медной (Cu) подложке, которая включает структурные иерархии более семи порядков, включая (c) взаимосвязанные пористые сети, (d) архитектурную структуру, (e) вихревую структуру элементарная ячейка фермы, (f) нанопоры и стойки, (g) переплетенные листы MoS2, (h) разрывы и отверстия в базисной плоскости и (i) вакансии S. Вэй и др.

Неорганическое вещество дисульфид молибдена (MoS2) было выбрано в качестве многообещающего потенциального анодного материала для литий-ионных аккумуляторов (LIB). Однако обычно MoS2 состоит из атомарно тонких двумерных слоев, уложенных друг на друга, как листы бумаги. Эта хрупкая слоистая структура не обладает электрохимической стабильностью и ограничивает диффузию ионов лития внутрь и наружу материала, объясняет Сюань Вэй, ведущий автор.

Команда стремилась преобразовать 2D-нанолисты MoS2 в прочный 3D-материал, подходящий для использования в анодах аккумуляторов. Протестировав десятки условий, команда в конце концов нашла установку, в которой нанолисты образуют организованную стабильную трехмерную пену.

Пена имеет высокоупорядоченную иерархическую структуру: от наноскопических структурных элементов до характеристик, видимых невооруженным глазом. Эти характеристики были важны для превосходных характеристик анода батареи, который, как показала команда, сохранял высокую емкость лития с течением времени. Аноды LIB должны выдерживать многократное набухание и сжатие, поскольку большое количество лития поглощается, а затем высвобождается в каждом цикле разрядки/перезарядки аккумулятора.

Ресурсы

Вэй, К., Линь, К.С., Ву, К. и др. (2022) «Трехмерная иерархически пористая пена MoS2 в качестве высокоскоростного и стабильного анода литий-ионной батареи». Нат Коммун 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

Опубликовано 23 декабря 2022 г. в «Батареи», «Рыночная информация», «Материалы» | Постоянная ссылка | Комментарии (23)