你知道什么是充電機(jī)充電鉀離子蓄電池的缺陷和層間距工程？
2018-10-15 9:45:57??????點(diǎn)擊：
鉀離子因其較大的尺寸，使其在充電機(jī)充電鉀離子蓄電池（KIB）中擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)受限。二維過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔铮?D TMD）因具有的獨(dú)特的范德華層間距可形成理想的2D鉀離子擴(kuò)散通道，而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。之前的工作主要集中在通過(guò)氧化還原反應(yīng)來(lái)追求高容量，而缺乏對(duì)這種2D鉀離子通道本身儲(chǔ)存鉀離子的利用。
【成果簡(jiǎn)介】
有鑒于此，來(lái)自于伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)的雷勇教授、徐楊博士和中科院固體物理研究所的孟國(guó)文研究員等人提出了缺陷和層間距工程的概念，以充分利用2D TMD范德華爾斯層間距來(lái)儲(chǔ)存鉀離子。該工程通過(guò)制造層內(nèi)缺陷，產(chǎn)生額外的位點(diǎn)用于嵌入鉀離子，并產(chǎn)生額外的層邊緣用來(lái)吸附鉀離子。與此同時(shí)，通過(guò)增加層間距，降低了鉀離子的擴(kuò)散阻力。為了論證這一觀點(diǎn)，作者以經(jīng)典2D TMD MoS2作為KIB負(fù)極材料來(lái)體現(xiàn)缺陷和層間距工作的優(yōu)勢(shì)。相比于無(wú)層內(nèi)缺陷和無(wú)層間距增大的MoS2, 具有層內(nèi)缺陷和層間距增大的MoS2（D-MoS2）在0.5-2.5V嵌入/脫嵌電壓范圍內(nèi)可逆容量提高了40%，倍率性能提高了120%。電化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究表明所報(bào)道的材料設(shè)計(jì)理念使鉀離子更加容易地嵌入、傳輸更加迅速并利于鉀離子的吸附，而且將TMD中鉀離子的儲(chǔ)存從2D轉(zhuǎn)換為3D。這項(xiàng)工作為納米材料的缺陷設(shè)計(jì)以及在其他（電）化學(xué)體系中的儲(chǔ)存提供了論證基礎(chǔ)。相關(guān)成果以Enhancing potassium-ion battery performance by defect and interlayer engineering為題發(fā)表在Nanoscale Horizons。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 缺陷和層間距工程增強(qiáng)KIB性能示意圖
二 D-MoS2和MoS2對(duì)比樣品的高倍透射圖
（a）和（b）D-MoS2；
c）和（d）MoS2對(duì)比樣。
三 XRD、Raman及XPS分析
（a）XRD譜圖；（b）Raman光譜；D-MoS2和MoS2對(duì)比樣的（c）Mo 3d及（d）S 2p的XPS高分辨率能量區(qū)域。
四 D-MoS2和MoS2充放電后的XRD譜圖
（b）循環(huán)性能；
（c）倍率性能；
（d）不同電流密度充放電曲線。
六 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析
（a）放電過(guò)程中GITT概況；
（b）鉀離子擴(kuò)散系數(shù)作為放電過(guò)程中的狀態(tài)函數(shù)；
（c）D-MoS2在不同掃速下的CV曲線；
（d）b值（根據(jù)方程i=avb分析電荷儲(chǔ)存過(guò)程）。
【結(jié)論】
本文以MoS2為例，證明了缺陷和層間距工程在利用2D TMDs范德華層間距及其增強(qiáng)KIB性能中的重要作用。所提到的工程設(shè)計(jì)增大了層間距和產(chǎn)生了層內(nèi)缺陷，這導(dǎo)致了MoS2暴露出額外的邊緣，使得鉀離子更容易嵌入和轉(zhuǎn)移，并促進(jìn)了表面鉀離子的儲(chǔ)存。通過(guò)設(shè)計(jì)缺陷豐富結(jié)構(gòu)的材料，可以顯著提高KIB的性能，這一發(fā)現(xiàn)為缺陷結(jié)構(gòu)在其他能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的使用提供了新的可能性。
【成果簡(jiǎn)介】
有鑒于此，來(lái)自于伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)的雷勇教授、徐楊博士和中科院固體物理研究所的孟國(guó)文研究員等人提出了缺陷和層間距工程的概念，以充分利用2D TMD范德華爾斯層間距來(lái)儲(chǔ)存鉀離子。該工程通過(guò)制造層內(nèi)缺陷，產(chǎn)生額外的位點(diǎn)用于嵌入鉀離子，并產(chǎn)生額外的層邊緣用來(lái)吸附鉀離子。與此同時(shí)，通過(guò)增加層間距，降低了鉀離子的擴(kuò)散阻力。為了論證這一觀點(diǎn)，作者以經(jīng)典2D TMD MoS2作為KIB負(fù)極材料來(lái)體現(xiàn)缺陷和層間距工作的優(yōu)勢(shì)。相比于無(wú)層內(nèi)缺陷和無(wú)層間距增大的MoS2, 具有層內(nèi)缺陷和層間距增大的MoS2（D-MoS2）在0.5-2.5V嵌入/脫嵌電壓范圍內(nèi)可逆容量提高了40%，倍率性能提高了120%。電化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究表明所報(bào)道的材料設(shè)計(jì)理念使鉀離子更加容易地嵌入、傳輸更加迅速并利于鉀離子的吸附，而且將TMD中鉀離子的儲(chǔ)存從2D轉(zhuǎn)換為3D。這項(xiàng)工作為納米材料的缺陷設(shè)計(jì)以及在其他（電）化學(xué)體系中的儲(chǔ)存提供了論證基礎(chǔ)。相關(guān)成果以Enhancing potassium-ion battery performance by defect and interlayer engineering為題發(fā)表在Nanoscale Horizons。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 缺陷和層間距工程增強(qiáng)KIB性能示意圖
二 D-MoS2和MoS2對(duì)比樣品的高倍透射圖
（a）和（b）D-MoS2；
c）和（d）MoS2對(duì)比樣。
三 XRD、Raman及XPS分析
（a）XRD譜圖；（b）Raman光譜；D-MoS2和MoS2對(duì)比樣的（c）Mo 3d及（d）S 2p的XPS高分辨率能量區(qū)域。
四 D-MoS2和MoS2充放電后的XRD譜圖
五 電化學(xué)性能測(cè)試
（a）第2圈和第100圈充放電曲線；（b）循環(huán)性能；
（c）倍率性能；
（d）不同電流密度充放電曲線。
六 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析
（a）放電過(guò)程中GITT概況；
（b）鉀離子擴(kuò)散系數(shù)作為放電過(guò)程中的狀態(tài)函數(shù)；
（c）D-MoS2在不同掃速下的CV曲線；
（d）b值（根據(jù)方程i=avb分析電荷儲(chǔ)存過(guò)程）。
【結(jié)論】
本文以MoS2為例，證明了缺陷和層間距工程在利用2D TMDs范德華層間距及其增強(qiáng)KIB性能中的重要作用。所提到的工程設(shè)計(jì)增大了層間距和產(chǎn)生了層內(nèi)缺陷，這導(dǎo)致了MoS2暴露出額外的邊緣，使得鉀離子更容易嵌入和轉(zhuǎn)移，并促進(jìn)了表面鉀離子的儲(chǔ)存。通過(guò)設(shè)計(jì)缺陷豐富結(jié)構(gòu)的材料，可以顯著提高KIB的性能，這一發(fā)現(xiàn)為缺陷結(jié)構(gòu)在其他能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的使用提供了新的可能性。
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