刘金平/刘丹AFM：纸球状C-p-MoS2/CNT作为钠/钾离子电池的优良负极

凭借丰富的电活性位点和快速的离子扩散路径，MoS₂等超薄二硫属化物显示出作为钠/钾离子电池（SIBs/PIBs）负极的巨大潜力。然而，超高纵横比的纳米片很容易聚集和重新堆叠，大大削弱了其内在优点。

在此，武汉理工大学刘金平教授、刘丹副教授等人报道了通过将碳柱支撑的原子薄MoS₂纳米片与碳纳米管挤压成弹性球结构（C-p-MoS₂/CNTs），从而设计可持续SIB/PIB负极。机理研究表明，CNTs充当抑制剂或支撑支架以防止MoS₂纳米片的重新堆叠，而葡萄糖衍生碳可在相邻的MoS₂层之间形成支柱并降低表面能，最终产生层数较少的原子薄二硫化钼纳米片（<5层），但横向尺寸较大。

制备的C-p-MoS₂/CNT复合材料同时具有SIB/PIB负极所需的多个优点：

1）MoS₂纳米片的少层特征能够暴露出足够的Na⁺/K⁺吸附活性位点，同时在材料的近表面上产生法拉第氧化还原反应；

2）外部CNTs用作电子传输的高速通道；

3）柱撑碳加宽了层间间距，促进了Na⁺/K⁺扩散；

4）起皱的MoS₂纳米片球具有高弹性和抗聚集性，从而在循环过程中有效释放应力并稳定电极结构。

图1. 皱缩C-p-MoS₂ /CNT球的形成机理和结构演变

因此，作为SIB和PIB的负极，C-p-MoS₂/CNTs材料具有高的可逆容量、优异的循环稳定性和出色的倍率性能。电化学测试表明，当与Na₃V₂ (PO₄)₂F₃（NVPF）正极配对时，基于C-p-MoS₂/CNTs负极组装的钠离子纽扣电池可在9.4 mg cm^-2的高质量负载下以高达50 C的倍率运行，并在40 C下超过600次循环时表现出超长的循环稳定性（容量保持率为87.2%）。

令人印象深刻的是，组装的C-p-MoS₂/CNT//NVPF软包全电池在10 C下循环超过100次后仍保留90%的容量，同时还可在平均工作电压为2.0 V的条件下实现以188 Wh kg^-1高能量密度的稳定循环。总之，这项工作为许多二维层状材料的工程设计提供了一个新的视角，以展示其在高性能储能应用中的能力。

图2. 全电池器件的电化学性能

Crumpling Carbon-Pillared Atomic-Thin Dichalcogenides and CNTs into Elastic Balls as Superior Anodes for Sodium/Potassium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207548

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刘金平/刘丹AFM：纸球状C-p-MoS2/CNT作为钠/钾离子电池的优良负极

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