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MoS2纳米“三明治”提升充电电池性能
发布:shadow   时间:2015/4/23 15:08:54   阅读:2343 
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根据堪萨斯州立大学机械工程研究人员所取得的成果发现,改善手机和其他电子产品的电池的关键,可能就在这块微小的由纳米薄片制成的“三明治”中。

Gurpreet Singh是机械和原子能工程领域的助理教授,他的研究小组正在致力于提升充电锂离子电池的性能。该小组将研究重点放在化合物二硫化钼(即MoS2)中的锂循环稳定性上,Singh将该薄片描述为是一个由两个硫原子夹着一个钼原子的“三明治” 。
 
材料与测试: MoS2纳米“三明治”提升充电电池性能

在最新的研究中,研究小组发现碳氮化硅包裹的二硫化钼,作为电池电极表现出了更高的稳定性,同时电池容量的衰减也更小。

这一发现刊登在了Nature旗下的《科学报告》的一篇文章中,文章名为“衍生聚合物陶瓷功能化二硫化钼复合薄片,使其成为一个稳定的锂离子电池电极。”其他来自堪萨斯州立大学相关的研究人员包括印度的机械工程博士生Lamuel David;奥拉西的机械工程高级研究人员Uriel Barrera以及2013年毕业的机械工程博士生Romil Bhandavat。

在最新公布的研究成果中,Singh的研究小组发现,较之于先前研究中大块的二硫化钼,二硫化钼纳米薄片中所储存(或充电)的锂要多出两倍。但研究人员还发现,使用这些薄片的高容量锂电池持续的时间不长,在五个充电周期后开始下降。

“这种表现类似于一块锂硫型的电池,即电池使用硫作为其电极之一,” Singh说道。 “我们都知道其中的硫会形成多硫化物中间物,这些中间物会溶解到电池中的有机电解质中,从而导致电池容量的衰减。我们认为在二硫化钼薄片中所观察到的容量下降,也是由于硫流失到电解质中而引起的。"

为了减少硫生成物溶解到电解质中,研究人员使用多层硅碳氮(SiCN)陶瓷覆于二硫化钼薄片上。Singh表示该陶瓷是一种耐高温的玻璃质材料,是通过加热液体硅系聚合物制得,这种材料具有更高的耐化学性,不易溶于液体电解质。

“无论电池电极是基于传统方法的铜箔还是在可弯曲电池中的一种自我支撑薄片,硅碳化氮包裹的二硫化钼薄片都表现出稳定的锂离子循环,”Singh表示。

解决硫的问题之后,研究小组将电池拆开并置于电子显微镜下进行观察,发现碳氮化硅有效地防止了有机电解液机械和化学的降解。

现在,Singh和他的研究小组想要进一步研究二硫化钼电池在日常电子设备中的表现,例如需要充电数百次的手机电池。研究人员将继续在充电周期对二硫化钼电池进行测试,以获取更多的数据用于分析,并更好地了解如何改善可再充电电池的性能。

Singh的研究小组进行的其他研究可能会用于航空航天和国防的高温防护涂层。工程师正在开发一种涂覆材料,在恶劣条件下保护电极材料,如涡轮叶片和金属受到酷热侵袭的条件下。

该研究发表于《物理化学》杂志上。研究人员发现,当碳氮化硅和氮化硼纳米薄片相结合时,它们就具有了高温稳定性和改善的导电性。此外,Singh表示,这些碳氮化硅/氮化硼纳米片也是更好的电池电极。

“这是非常令人惊讶的,因为碳氮化硅和氮化硼都是绝缘体,并对锂离子来说具有一些可逆容量,” Singh说, “进一步分析表明其导电性更强,这是因为被称为‘游离碳’的碳离子的一种渗流网络的形成,其存在于碳氮化硅陶瓷相中。只有在硫化之前,在其液态聚合相中,将氮化硼薄片提前添加至碳氮化硅中,这种情况才会发生。"



来源:材料与测试
译者:兔子小光
译自pddnet

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