《过渡金属二硫族化物（TMD）在含水锌离子电池中的最新进展及修改策略.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过渡金属二硫族化物（TMD）在含水锌离子电池中的最新进展及修改策略.docx（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、过渡金属二硫族化物(TMD)在含水锌离子电池中的最新进展及修改策略抽象近年来，水性锌离子电池(Z旧s)因其平安性高，本钱低，环保性而备受关注。由于独特的层状结构和更理想的层间距，过渡 金属二硫族化物(TMD)材料被认为是Z旧s相对理想的正极材料，有利于水合Zn的插层/脱嵌2+层与层之间。然而，一些 缺点限制了它们的广泛应用，例如低电导率，低可逆容量和容量快速下降。为了提高TMD的电化学性能，可以从缺陷工程、插 层工程、混合工程、相工程和原位电化学氧化等以下修改策略中设计出每种TMD材料的相应改性方法。本文总结了近年来TMD 作为Z旧正极材料的研究进展，对TMD材料的电化学性能进行了探讨和比拟，
2、并对MoS的改性方法进行了分类和介绍。2和 VS2.同时，针对WS容量快速衰落问题，提出相应的修改方案。2.最后，提出了其他TMD作为ZUB阴极的研究前景。关键字:过渡金属二硫化物;水性锌离子电池;修改策略;正极材料1.引言由于环境恶化和化石能源短缺，开发环境友好、可持续和可再生能源变得越来越重要1, 2, 3o目前，一些可再生能源 发电可以满足环境保护和可持续开展的要求，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等，但这些能源受到区域限制和不稳定的困 扰，限制了其更广泛的应用。作为可持续开展能源的重要组成局部，电化学储能已成为近几十年来活跃的研究领域4, 5, 6o 在当前的能源市场中，锂离子电池(口
3、B)因其优异的能量密度和良好的环保性能7, 8而在汽车、医疗设备、便携式可穿戴设 备和其他行业中占主导地位。然而，大多数锂离子电池使用有机溶剂作为电解质，这可能导致平安问题并增加本钱9, 10, 11, 12。与非水电池相比，水性可充电电池具有本钱低、无毒、不易燃等特点，使其更平安、更环保、更经济13, 14, 15。除UB外，还开发了许多其他可充电水性金属离子电池，包括钠离子电池16,钾离子电池17,铝离子电池18,钙离子 电池19和锌离子电池。与其他可充电含水金属离子电池相比，锌离子电池具有许多优点20, 21, 22： (1)锌离子电池可以 直接在空气中组装，无需惰性环境，可以降低电池组
4、装本钱。(2)锌离子可以在水溶液中可逆电沉积，因此锌片可以直接用作 电池的阳极。(3)锌作为阳极比标准氢电极具有更高的理论容量和更低的氧化/还原电位(-0.76V),这说明与阴极耦合时具 有更高的开路电压。因此，在许多可充电水性金属离子电池中，对水性锌离子电池的研究越来越受到关注。如图1a所示，水性锌离子电池(ZIB)主要由电池壳体、正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。正极材料种类繁多， 包括锦基材料23、钢基材料24、普鲁士蓝类似物25等，均具有一定的Zn容量2+存储。由于过渡金属二硫化合物的理论 层间距大于Zn的直径2+锌2+可以在TMD材料中插层和去嵌化，这也说明TMD材料作为ZIB的
5、阴极是可行的26。目前, 关于TMD作为Z旧正极材料的研究很少，也没有系统的阐述，这也从TMD作为Z旧的阴极方面说明是相当新颖的。图1b显 示了出版物数量增加的趋势，说明ZIB中对TMD材料的关注度越来越高。本文综述了近年来TMD系列材料作为Z旧阴极的最 新研究进展，以及几种可以提高Zn的改性方法。2+阐述了 TMD材料的储存容量和结构稳定性。断续器2也是典型的层状结构，钮层交替位于两个硒层之间，形成范德华相互作用形成的三明治结构83, 84o较大的 层间距（0.611 nm）为活性阳离子提供了足够的传输通道和活性位点。而且，相邻V之间的电子耦合力4+-V4+诱导金属性 能和优异的电子导电性，
6、使其成为有吸引力的候选电极材料85, 86。52制备的超薄VSe2纳米片，并用作Z旧的正极材料。 如图9b所示,VSe的比容量2分别为250.6和132.6mAh-g-1在200和5000 mA-g时- 1分别。在2 A-g下循环800 次后一 1 ,容量保存率为83%O影响VSe优良电化学性能的因素2纳米片阴极归因如下：（1）高可逆Zn2+插层/去插层 存储机制；（2）由于其超薄的二维形态，Zn2+具有快速扩散动力学（DZn2+=10-8厘米-2s- 1）; （3） VSe的金属特 性2有利于Zn的热力学和动力学2+存储过程；（4） VSe晶体结构的稳定性2电极材料在长循环期间。他们总结了
7、VSe的 存储机制 2/Zn 电池为6和7：断续器2+0.23锌2+0460锌0.23断续器2 阴极：锌 0.23 断续器2+17锌2+346一锌0.4断续器2（6）阳极：0.4锌 2+ 0.8e 0.4 锌其他一些TMD材料也可用于水性锌离子电池。例如，Zhang等人87证明了 CoS。2可用作硫氧化还原型非水锌电池的 负极材料。Li等人88合成了一种新型预固化的二硫化钛（Na0.1 4坐2）作为ZIB的负极材料。但是，这些材料都是Z旧 的负极材料，这里没有过多描述。4.结论和今后的工作由于Z旧具有良好的平安性和环保性，并且随着对Z旧研究的深入，它们有望成为L旧的替代品。TMD的特殊分层结构
8、 有利于Zn等载体的运输2+.通过单层有序堆叠合成的纳米花状结构赋予TMD材料更大的比外表积。一些TMD还具有大于水 合锌离子直径的层间距。因此，TMD材料被认为是Z旧的候选阴极，具有巨大的潜力。虽然TMD具有导电性，但也面临着低 可逆容量和快速容量衰减的挑战。近年来，一些研究报道，改性TMD材料作为ZIB的阴极具有优异的可逆能力和循环稳定性。基于这些研究报告，典型 TMDs材料（如MoS）的研究进展2与2, WS2和VSe2,如本文所述，Z旧的阴极。可逆容量和长周期性能总结在表 2中并进行比拟。同时梳理了 Z旧TMD正极材料的改性思路，总结并讨论了相应的改性方法：（1）缺陷工程，通过构建化学
9、缺 陷提供更多的离子储存位点和活性位点；（2）层间工程，即通过插层来扩大层间距；（3）与碳基材料或其他材料杂化，使复合材 料的微观结构更稳定或保持在稳定的相结构中；（4）相工程，控制1H相和2R相之间的相互变换，以减小Zn的扩散能垒2+ 使结构更稳定；（5）原位电化学氧化，不改变离子在层间的位置，其中低价活性物质通过电化学氧化成动力学高价活性物质。 表2.总结TMD作为ZIBs阴极的电化学性能。尽管这些修改策略目前仅适用于Mos2和VS2,它们也应该适用于其他TMD材料，因为TMD具有类似的特殊分层 结构。例如，鉴于WS的迅速下降2容量，我们可以冒昧地假设WS的杂交2碳基材料提高了复合材料的结
10、构稳定性，从而 改善了 WS较差的循环稳定性2电极。随着修改策略的提出，TMD材料必将受到更多的关注，TMD的更多系列成员将成为 ZIB的优秀正极材料。Catlicde ibcUCathode nuieruikElectfolylc ScpomtocZn nn9-14济卜2等人81合成的分层川$2并通过简单的水热方法还原氧化石墨烯（RGO）杂化材料。断续器 2/RGO复合材料在超级电容器中表现出优异的循环稳定性。Liu等人82成功合成了一种高度稳定的1T-WS。2纳米带具有特 殊的锯齿形链超品格结构。新罕布什尔州4+插入不仅延长了 WS的层间距2到0.95纳米，也使结构高度稳定。虽然以上三 个ws2改性材料不应用于z旧，它们也提供了许多策略。从ws的微观结构开始2以及锌的储存机制2+在ws中2、 碳基材料和ws2可以是杂交的，也可以是外部离子，如nh4+和结晶水，可用于插层，从而克服ws面临的产能快速下降 的挑战2其他材料