成果简介
探索合理的合成工艺，优化电极材料，推动可压缩锂离子电池在智能可穿戴电子产品中的应用仍是一项艰巨的挑战。本文，重庆大学李新禄教授、王荣华副教授等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊发表名为“Compressible Neuron-like 3D Few-Layered MoS2/N-Doped Graphene Foam as Freestanding and Binder-Free Electrodes for High-Performance Lithium-Ion Batteries”的论文，研究提出使用三聚氰胺海绵衍生的氮掺杂碳泡沫作为静电引力自组装和随后的冷冻干燥-热分解策略制备了可压缩的少层MoS2纳米片/氮掺杂石墨烯混合泡沫（MoS2 /NGF）。这种独特的分层框架表现出良好的机械压缩性，并在电极和电解质之间提供了多维电荷传输路径。同时，少层 MoS2纳米板和高氮含量（11.86%）的存在有利于缩短扩散距离并加速电化学反应动力学。
得益于优异的长程互连结构和出色的弹性，独立式和无粘合剂的 MoS2 /NGF 负极在0.1Ag-1时具有1246.9mAhg-1的超高比容量，出色的循环稳定性（88% 后在0.1Ag–1下循环150次），在2Ag–1下具有高达511.1mAhg–1的出色倍率容量。组装好的软包电池 (SPB) 在0.5Ag–1 下循环200次后也表现出相当大的比容量 712.8 mAh g –1平均CE为99.5%，即使在不同的拐角下也能持续为绿色/黄色 LED灯 (2.8–3.0 V/1.8–2.0 V) 供电。总体而言，MoS2 /NGF电极优异的可压缩性能和卓越的锂离子存储性能在智能可穿戴电子领域开辟了一条通道。
图文导读
图1. MoS2/NGF的制备过程示意图。
图2. (a) MoS2块体、MoS2/GS气凝胶和MoS2/NGF杂化物的 XRD 图谱。(b) MoS 2块体、MoS2/GS气凝胶和MoS2/NGF杂化物的拉曼光谱。(c) MoS2/GS气凝胶和 MoS2 /NGF杂化物的XPS测量光谱。(d-f) 分别为 C 1s、N 1s 和 Mo 3d的高分辨率光谱。
图3. (a) MoS 2 /NGF 在 0.5 mV s –1扫描速率下的循环伏安曲线。(b) MoS2 /NGF在 0.1Ag –1的不同循环次数期间的充电/放电曲线。(c) MoS2/NGF、MoS2 /GS和 MoS2块体在0.1Ag –1下的循环稳定性。(d) MoS 2 /NGF 和 MoS 2 /GS 电极的倍率性能，电流密度为0.1至2.0Ag–1。
图4. (a) 电极结构与储锂性能关系示意图。(b-d) MoS 2 /NGF 电极在 20 个循环后的 TEM 图像。(e) 具有相应元素映射的HAADF。
图5. 带有MoS 2 /NGF电极的软包电池电化学性能
小结
总之，使用三聚氰胺海绵基材，通过简单的静电吸引自组装和随后的冷冻干燥-热解过程，成功地制备了可压缩的少层 MoS 2 /氮掺杂石墨烯混合泡沫（MoS 2 /NGF）。优异的可压缩性能、奇妙的电化学性能和可扩展的方法为新型气凝胶材料在柔性储能系统中的广泛应用提供了新的机会。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00796
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