Nanoesferas de MoS2 / C porosas jerárquicas autoensambladas por nanohojas con alto rendimiento de almacenamiento de energía electroquímica

Resumen

Para superar la deficiencia de la expansión de volumen de MoS ₂ como material de ánodo para baterías de iones de litio (LIB), se desarrolló una estrategia eficaz para diseñar MoS poroso jerárquico ₂ / nanoesferas de carbono a través de un método hidrotermal fácil de operar seguido de recocido. Las imágenes de FESEM y TEM mostraron claramente que las nanoesferas están compuestas de MoS ₂ ultradelgado / C nanohojas recubiertas con una capa de carbono y poseen un espaciado entre capas expandido de 0,98 nm. Como ánodos para LIB, MoS ₂ / nanoesferas de carbono ofrecen una capacidad de descarga inicial de 1307,77 mAh g ⁻¹ a una densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ . Además, una capacidad reversible de 612 mAh g ⁻¹ se obtuvo incluso a 2 A g ⁻¹ y una capacidad de retención de 439 mAh g ⁻¹ después de 500 ciclos a 1 A g ⁻¹ . El rendimiento electroquímico mejorado se atribuye a la estructura porosa jerárquica, así como a la intercalación del carbono en el espaciado de celosía de MoS ₂ , que ofrece canales rápidos para el transporte de iones / electrones, alivia la influencia del cambio de volumen y aumenta la conductividad eléctrica del electrodo. Mientras tanto, el espaciado entre capas ampliado de MoS ₂ en MoS ₂ / C puede disminuir la resistencia a la difusión de iones y aliviar la expansión volumétrica durante los ciclos de descarga / carga.

Antecedentes

Cómo proteger nuestro planeta sostenible mientras se desarrolla y utiliza energía se ha convertido en un problema mundial importante. En las últimas décadas, las baterías de iones de litio (LIB) destacan las ventajas de una alta densidad energética, una larga vida útil y compatibilidad medioambiental, que tiene grandes aplicaciones en almacenamiento de energía renovable, dispositivos electrónicos y vehículos energéticos [1, 2]. Sin embargo, los ánodos de grafito comerciales presentan una baja capacidad específica teórica de 372 mAh g ⁻¹ [3, 4, 5], que está lejos de los requisitos cada vez mayores para las baterías recargables de alta densidad de energía. Por lo tanto, es de gran importancia desarrollar materiales de electrodos deseables para LIB.

Recientemente, los sulfuros de metales de transición (Co ₃ S ₄ [6], SnS ₂ [7], VS ₂ [8], NbS ₂ [9], WS ₂ [10] y MoS ₂ [11]) han sido considerados una serie de materiales de ánodos potenciales debido a su bajo costo, alta densidad de energía y rica electroquímica redox [12, 13]. Entre estos materiales, el disulfuro de molibdeno (MoS ₂ ), un semiconductor con una estructura en capas bidimensional (2D) típica, ha sido el material más estudiado de esta familia. Más importante aún, la distancia entre capas más grande ( d =0,62 nm) de MoS ₂ que el grafito ( d =0.34 nm) puede acelerar el proceso de Li ⁺ intercalación / extracción, con una alta capacidad de almacenamiento de 670 mAh g ⁻¹ [14, 15, 16]. Desafortunadamente, la aplicación práctica de MoS ₂ ya que los LIB se ven obstaculizados por la escasa estabilidad cíclica. Esto se debe a que las conductividades electrónicas / iónicas relativamente bajas y la degradación electroquímica del MoS ₂ activo los materiales debido a un efecto de transporte de polisulfuro dan como resultado la pérdida de capacidad y una capacidad de velocidad deficiente [4, 17, 18]. Para abordar estos desafíos, se ha demostrado que es particularmente eficaz mediante la ingeniería de varios MoS ₂ nanoestructurados e introducir los materiales carbonosos conductores [15, 19,20,21]. La esencia del primero es acortar la distancia de transmisión electrónica, mientras que el segundo tiene como objetivo mejorar la conductividad electrónica general del material, restringir la aglomeración de MoS ₂ y mantener la estabilidad de la estructura del electrodo, por ejemplo, MoS ₂ / grafeno [22, 23], MoS ₂ / CNTs [24], MoS ₂ / nanofibras de carbono [25], MoS ₂ / RGO [26], etc.

Sobre la base de las consideraciones anteriores, las investigaciones recientes se centran principalmente en la construcción de nuevos MoS ₂ / Nanocomposites basados en C, dando pleno juego a sus respectivas ventajas para mejorar la estabilidad del ciclo. Li y col. informó un nuevo MoS 2D ₂ / C superestructura de nanohoja híbrida que consiste en la alternativa MoS ₂ de una sola capa superpuesta capa por capa y carbono mesoporoso [4]. Las nanohojas híbridas únicas con MoS ₂ perfecto El contacto de la interfaz / m-C da como resultado la maximización de la interacción sinérgica. Su grupo también proyectó MoS macroporoso ordenado en 3D ₂ / electrodos flexibles de carbono mediante el montaje de MoS ₂ / C nanoestructura sobre tela de carbono con MoS ₂ de pocas capas nanohojas integradas homogéneamente en la pared de carbono interconectada mediante el uso de nanoesferas de poliestireno (PS) como plantilla de macroporo [17]. Los electrodos flexibles exhibieron una estabilidad cíclica superior cuando se aplicaron directamente para LIB. Zhang y col. logró el crecimiento de MoS ₂ nanohojas sobre el sustrato de nanotubos de carbono (PCN) derivado de polipirrol y el recubrimiento de la capa de carbono exterior sobre las nanohojas para fabricar PCN @ MoS ₂ @carbono intercalado arquitectura [27]. En la arquitectura, ultradelgado MoS ₂ Las nanohojas se intercalan entre PCN hueco y una fina capa de carbono. Sun y col. preparado con éxito 1T-MoS ₂ Híbridos / C que consisten en MoS ₂ más pequeño y de menos capas nanohojas mediante un método hidrotermal fácil con un aditivo de glucosa adecuado [28]. El 1T-MoS ₂ Los ánodos / C brindan una estabilidad cíclica superior (mantienen 870 mAh g ⁻¹ después de 300 ciclos a 1 A g ⁻¹ ) y rendimiento de alta velocidad (una capacidad reversible de 600 mAh g ⁻¹ a 10 A g ⁻¹ ). El rendimiento electroquímico superior se puede atribuir a la conductividad intrínseca más alta de 1T-MoS ₂ y capas delgadas de carbono cubiertas en la superficie con un espaciado entre capas ampliado de 0,94 nm. Dado lo anterior, el MoS ₂ modificado / Los nanocompuestos basados en C pueden optimizar las propiedades electroquímicas.

Aquí, demostramos un método hidrotermal fácil, fácil de operar y altamente efectivo hacia MoS jerárquico ₂ / nanoesferas de carbono. Las nanoesferas se autoensamblan a partir de MoS ₂ ultradelgado Nanohojas de / C recubiertas con una capa de carbono, lo que da como resultado la formación de canales internos interconectados y la exposición de sitios más activos para la transmisión electrónica / iónica y el almacenamiento de litio. Como consecuencia, cuando se emplea como material de ánodo en LIB de media celda, la estructura porosa abierta preparada de MoS ₂ Las nanoesferas / C exhiben propiedades de almacenamiento de litio notables, incluida una alta capacidad específica, un rendimiento de ciclo prolongado y una capacidad de velocidad rápida.

Métodos

Preparación del material

Síntesis de MoS ₂ / C

La síntesis de MoS ₂ / C nanoesferas se basó en un procedimiento anterior con modificaciones [19]. Normalmente, 0,6 g de molibdato de sodio (Na ₂ MoO ₄ ), 3 g de tiourea (CH ₄ N ₂ S) y 1 g de polivinilpirrolidona (PVP) se disolvieron en 30 ml de agua desionizada con agitación magnética para formar una solución uniforme. Luego, agregamos 0.2 g de clorhidrato de dopamina (DPH) a la mezcla anterior formando una suspensión roja. Después de agitar continuamente durante 30 min, la suspensión resultante se colocó en un autoclave de acero inoxidable revestido con teflón de 50 ml mantenido a 200 ° C durante 18 h, seguido de enfriamiento a temperatura ambiente de forma natural. Los precipitados negros se recogieron y lavaron con agua desionizada y etanol absoluto mediante el método de centrifugación y se secaron al vacío a 60 ° C durante la noche. Por último, MoS ₂ Las nanoesferas / C se obtuvieron mediante la calcinación de precipitados negros en atmósfera de argón a 700 ° C durante 3 h. A modo de comparación, compramos MoS puro comercial ₂ polvo de Aladdin.

Caracterización del material

Los patrones de difracción de rayos X (XRD) se midieron utilizando un difractómetro de rayos X TD-3500 con radiación Cu / Ka ( λ =0.15406 nm) en el 2 θ rango de 5 ° -80 ° con una velocidad de exploración de 4 ° min ⁻¹ . N ₂ Las isotermas de adsorción / desorción y el área de superficie Brunauer – Emmett – Teller (BET) se realizaron con un analizador Micromeritics ASAP 2020. Los espectros Raman se probaron en un espectrómetro Raman LabRAM HR800 equipado con una luz láser a 532 nm. El contenido de carbono en el MoS ₂ Las nanoesferas / C se determinaron mediante un analizador DSC / TGA simultáneo (TGA, SDT-Q600) a una velocidad de calentamiento de 10 ° C min ⁻¹ de 25 a 700 ° C con flujo de aire. La composición de los elementos y el estado químico de los materiales se evaluaron mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS, Thermo VG ESCALAB 250XI). Las morfologías detalladas y la microestructura de las muestras se examinaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM, Sigma 500) y microscopía electrónica de transmisión (TEM, Tecnai G2 F20), respectivamente.

Pruebas electroquímicas

Las capacidades y propiedades cíclicas de las muestras preparadas se realizaron mediante celdas tipo moneda CR2032 ensambladas en una caja de guantes llena de argón con una lámina de litio como contraelectrodo y una película de polipropileno microporoso Celgard 2400 como separador. Los electrodos de trabajo se obtuvieron mezclando en N -metil-2-pirrolidinona (NMP), los materiales activos (MoS ₂ / C o MoS ₂ ) con aditivo conductor (negro de acetileno) y aglutinante de polímero (PVDF) en una proporción de masa de 8:1:1 para formar una suspensión homogénea. Cubrimos la lechada con una lámina de cobre y la secamos en un horno de vacío a 80 ° C durante 4 h. Posteriormente, los electrodos se perforaron en discos circulares y se secaron en un horno de vacío a 120 ° C durante 12 h. 1 millón de LiPF ₆ disuelto en carbonato de etileno (EC) y carbonato de dimetilo (DMC) con la relación en volumen de 1:1 se seleccionó como electrolito. El rendimiento electroquímico se implementó utilizando un sistema de prueba de batería (Neware BTS-610) en una ventana de voltaje de corte de 0.01–3 V a diferentes densidades de corriente. Las curvas de voltametría cíclica (CV) se llevaron a cabo en una estación de trabajo electroquímica (CHI 760E) entre 0,01 y 3 V a una velocidad de barrido de 0,2 mV s ⁻¹ .

Resultados y discusión

El diagrama del proceso de preparación del MoS poroso jerárquico ₂ Las nanoesferas / C se muestran en la Fig. 1. Na ₂ MoO ₄ suministra iones de molibdeno, CH ₄ N ₂ S proporciona una fuente de azufre y DPH es una fuente de carbono. Los materiales de carbono de polidopamina tienen un mejor rendimiento electroquímico y una mejor conductividad. PVP actúa como dispersante y estabilizador. En el proceso hidrotermal, el surfactante PVP se adsorbe preferentemente a lo largo de MoS ₂ límite de nanogranos, causando MoS ₂ crecimiento anisotrópico del núcleo cristalino y formación de MoS ₂ nanohojas. Debido a la gran superficie específica y la alta energía superficial de MoS ₂ nanohoja / precursor de carbono, MoS ₂ las nanohojas se autoensamblan en nanoesferas. Finalmente, MoS ₂ Las nanoesferas de / C se preparan mediante calcinación en atmósfera inerte.

El diagrama del proceso de preparación del MoS poroso jerárquico ₂ / C nanoesferas

La Figura 2a muestra los patrones XRD de MoS comercial ₂ y MoS ₂ / C nanoesferas. Los patrones de MoS comercial ₂ son consistentes con la tarjeta estándar de 2H-MoS ₂ hexagonal (JCPDS 87-2416). La difracción alcanza un máximo de aproximadamente 2 θ =32,8 ° y 58,5 ° se pueden indexar a (100) y (110) planos de MoS ₂ tanto en MoS comercial ₂ y MoS ₂ preparado / C [19, 29]. Además, la generación de nueva estructura puede ser probada por los dos nuevos picos en MoS ₂ / C alrededor de las 2 θ =7,9 ° y 18,3 °, que apuntan a planos de cristal expandidos (001) y (002) [27]. El espaciado d expandido también se sustenta en los resultados de observación de HRTEM (Fig. 2g). El análisis anterior indica que hemos sintetizado exitosamente MoS ₂ / C y la participación de DPH contribuyeron a ampliar el espaciado entre capas. Como se muestra en la Fig. 1b, basado en el N ₂ análisis de isotermas de adsorción / desorción, el área de superficie BET de MoS ₂ Se concluyó que / C era 16,59 m ² g ⁻¹ . La distribución del tamaño de los poros (recuadro de la Fig. 2b) calculada utilizando la ecuación de BJH [2] presenta una estructura porosa de múltiples escalas con un tamaño de poro medio de 20,66 nm. Tal estructura porosa jerárquica facilitará el contacto íntimo entre el electrodo y el electrolito y el transporte rápido de electrones e iones, mejorando así aún más el rendimiento de almacenamiento de litio. Como se indica en la Fig. 2c, espectro Raman de MoS ₂ / C confirma la existencia y grado de grafitización del carbono. Dos picos típicos centrados en 384 y 407 cm ⁻¹ están asociados con E ₁ ^2g y A _1g modos de vibración de MoS ₂ [17, 29, 30], respectivamente. Otros dos picos característicos ubicados a 1373 cm ⁻¹ (Banda D) y 1605 cm ⁻¹ (Banda G) puede ser directo a la fase de carbono [15, 21, 31]. En detalle, la banda D se puede conectar con el carbono defectuoso o el carbono amorfo desordenado debido a la sp ³ -hibridación en el plano grafítico, mientras que la banda G se atribuye al carbono grafitizado cristalino [19, 32]. Se calcula que la relación de intensidad de la banda D a la banda G es 0,85, lo que sugiere un grado de grafitización del carbono relativamente alto. Las mediciones de TGA en la Fig. 2d determinan posteriormente el contenido de carbono en MoS ₂ / C compuestos. La pérdida de peso del 4.2% antes de los 100 ° C corresponde a la evaporación del agua libre adsorbida en las muestras, y la pérdida de peso del 37.54% revela la oxidación de MoS ₂ a MoO ₃ en el aire [14, 15]. Por lo tanto, los porcentajes en peso de agua adsorbida, MoS ₂ y el carbono se determina en 4.2, 64.78 y 31.02% en peso, respectivamente.

un Patrones XRD de MoS comercial ₂ y MoS ₂ / C nanoesferas; b N ₂ isotermas de adsorción / desorción y distribución del tamaño de los poros de MoS ₂ / C nanoesferas; c los espectros Raman de MoS ₂ / C nanoesferas; d Curva TGA de MoS ₂ / C nanoesferas

Se investigó XPS para evaluar la composición del elemento y los estados de valencia de MoS ₂ / C en la Fig. 3a – d. Como se muestra en la Fig. 3a, los elementos principales de Mo, S, C y O pueden identificarse a partir del patrón de la encuesta; O derivado de la adsorción de oxígeno en la superficie. La Figura 3b muestra el espectro de alta resolución de Mo 3 d . Dos picos principales centrados en 229,8 y 233,1 eV se atribuyen a Mo 3 d _5/2 y Mo 3 d _3/2 de Mo ⁴⁺ en MoS ₂ / C [19, 29]. Otros picos amplios ubicados en 227.0 eV generalmente están conectados con S 2 s . Y el resto del pico a 236,3 eV se puede indexar a Mo ⁶⁺ que indica la formación de enlace C – O – Mo entre MoS ₂ y carbono, que es consistente con otros MoS ₂ / C compuestos [27, 30, 33]. Se puede observar claramente un par de picos característicos de S a 162,5 y 163,7 eV en la Fig. 3c, correspondiente a S 2 p _3/2 y S 2 p _1/2 de S ²⁻ en MoS ₂ [5, 21]. El espectro XPS deconvolucionado de C 1 s se muestra en la Fig. 3d; las señales se pueden ajustar a tres picos:Los picos principales centrados en 284,7 eV corresponden a C – C, mientras que los dos picos en 285,6 y 288,9 eV se pueden asignar a C – O y O – C =O, respectivamente [14, 29, 34, 35].

Espectros XPS de MoS ₂ Nanoesferas / C: a encuesta, b Mes 3 d , c S 2 p , d C 1 s

Como se muestra en la Fig. 4, las imágenes de FESEM y TEM revelaron la morfología y estructura de MoS ₂ /C. Las imágenes representativas de FESEM y TEM de MoS ₂ / C se muestran en la Fig. 4a-f, revelando la estructura de nanoesferas porosas ensambladas a partir de MoS ultradelgado ₂ / C nanohojas con un diámetro medio de 130-200 nm. El análisis de mapeo elemental del distrito de FESEM (Fig. 4c) confirma la existencia de elementos Mo, S, C y una distribución uniforme en todos los compuestos. Además, las nanohojas están cubiertas con una fina capa de carbono y están en estrecho contacto entre sí para formar una nanoesfera en la Fig. 4e, f. Tal estructura porosa abierta favorece el contacto electrónico y la transferencia rápida de electrones durante los procesos de descarga / carga. La Figura 4g muestra una imagen HRTEM de MoS ₂ /C. El patrón de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) indexa un anillo de difracción a la naturaleza policristalina del MoS ₂ (recuadro de la Fig. 4g).

un , b Imágenes FESEM; c Imágenes de mapas elementales del distrito de FESEM; d - f Imágenes TEM; g Imágenes HRTEM y la inserción del patrón SAED correspondiente de MoS ₂ / C nanoesferas

El MoS ₂ obtenido / C compuestos contienen 31,02% en peso de carbono; a modo de comparación, agregamos el mismo contenido de polvo de carbón activado conductor al MoS ₂ comercial como material activo, y luego mézclelo con PVDF y negro de acetileno para obtener los electrodos. Las dos muestras se ensamblaron como ánodos de celdas tipo moneda CR2032 para evaluar su mecanismo y rendimiento electroquímicos. Las tres primeras curvas CV del MoS ₂ / C electrodo se llevaron a cabo sobre la ventana de potencial de 0,01 a 3,0 V a una velocidad de exploración de 0,2 mV s ⁻¹ . Como se ve en la figura 5a, se observan tres picos de reducción de 1,22 a 0,1 V en el primer barrido catódico. Un pico de reducción amplio ubicado a 0,73-1,22 V corresponde a la inserción de Li ⁺ en el MoS ₂ / C y procesos de litiación de MoS ₂ para formar Li _x MoS ₂ [16, 36]. Otros dos picos de reducción centrados en 0,58 V y 0,1 V se pueden atribuir a la generación de la película de interfase de electrolitos sólidos (SEI) y la reducción de Li _x MoS ₂ a Mo [14, 15, 25], respectivamente. Para el primer barrido anódico, solo se notan dos picos notables a 1,53 y 2,22 V, que se asignan a la oxidación de Mo a MoS ₂ procesos de fase y de destitución de Li ₂ S a S [5, 21, 37]. En los siguientes barridos, el pico de reducción (0,58 V) desaparece y los otros dos picos se desplazan a 1,17 V y 1,90 V, lo que indica un proceso de litiación múltiple de MoS ₂ . En particular, las curvas superpuestas en el segundo / tercer barridos significan la alta reversibilidad y la gran estabilidad de ciclo del MoS ₂ tal como está hecho. / C en LIB. Las curvas de carga-descarga galvanostática de MoS ₂ / C se conducen entre 0,01 y 3,0 V a la densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ en la Fig. 5b. Las plataformas de voltaje de carga / descarga surgidas están de acuerdo con los resultados de CV. El MoS ₂ Los electrodos / C ofrecen una capacidad de descarga de hasta 1307,77 mAh g ⁻¹ y capacidad de carga de 865,54 mAh g ⁻¹ con una eficiencia culómbica inicial (CE) de 66,18%. Además, la CE indeseable y la pérdida de capacidad de aproximadamente el 33% probablemente se originan por la descomposición irreversible del electrolito y la generación de película SEI en la superficie del electrodo [5, 14]. Los perfiles de voltaje de carga / descarga segundo y tercero se repiten entre sí; las capacidades específicas son 845,58 / 879,20 mAh g ⁻¹ y 836,13 / 810,92 mAh g ⁻¹ , respectivamente. Esta CE mejorada revela la reversibilidad electroquímica de MoS ₂ El ánodo / C está bien.

un Curvas CV a una velocidad de exploración de 0,2 mV s ⁻¹ entre 0 y 3 V y b Perfiles de descarga / carga a una densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ de MoS ₂ / C nanoesferas; c el rendimiento de ciclismo de MoS ₂ y MoS ₂ / C nanoesferas con una densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ durante 100 ciclos; d El rendimiento de la tasa de dos muestras a varias tasas de corriente varía de 0,1 a 2 A g ⁻¹ ; e rendimiento de ciclo a largo plazo de dos muestras a una densidad de corriente de 1 A g ⁻¹ durante 500 ciclos

La Figura 5c compara el rendimiento de ciclismo del MoS ₂ / C y MoS comercial ₂ ánodos bajo la densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ durante 100 ciclos. MoS comercial ₂ presenta capacidades específicas de carga / descarga inicial de 671,70 / 952,52 mAh g ⁻¹ , que está lejos del MoS ₂ / C compuestos (865,54 / 1307,77 mAh g ⁻¹ ). Esto se debe a la existencia de carbono en MoS ₂ / C mejoran la conductividad y el almacenamiento superficial / interfacial del Li originado a partir de la estructura porosa de la nanoesfera y la formación / descomposición reversible de la película polimérica similar a un gel (SEI) [38]. Después de 100 ciclos, el MoS ₂ / C y MoS ₂ los ánodos muestran capacidades específicas de descarga de 587,18 y 350 mAh g ⁻¹ con CE alto de aproximadamente 99%. La capacidad de velocidad de dos muestras también se evaluó a diferentes densidades de corriente que van desde 0,1 a 2 A g ⁻¹ en la Fig. 5d. El MoS ₂ / C conserva altas capacidades de descarga a densidades de corriente más altas:878 mAh g ⁻¹ a 0,1 A g ⁻¹ , 806 mAh g ⁻¹ a 0,2 A g ⁻¹ , 733 mAh g ⁻¹ a 0,5 A g ⁻¹ , 673 mAh g ⁻¹ a 1 A g ⁻¹ , 633 mAh g ⁻¹ a 1,5 A g ⁻¹ y 612 mAh g ⁻¹ a 2 A g ⁻¹ después de 10 ciclos. Cuando se revaloriza a una densidad de corriente de 0,1 A g ⁻¹ , la capacidad de descarga alcanza rápidamente los 754 mAh g ⁻¹ y sigue siendo 876 mAh g ⁻¹ después de 40 ciclos, que está casi cerca del primer décimo ciclo, lo que sugiere el excelente rendimiento de la tasa y la estabilidad estructural de MoS ₂ /C. En cuanto a MoS ₂ , las capacidades de descarga de 0,1 A g ⁻¹ a 2 A g ⁻¹ después de 10 ciclos son 320 y 55 mAh g ⁻¹ con una enorme pérdida de capacidad de alrededor del 83%. Los resultados revelan que la conductividad eléctrica del MoS ₂ comercial No hay una mejora significativa debido a la adición de carbón activado, por lo que no se logra el efecto de carga y descarga rápidas. Esto se debe a que la simple mezcla física no puede mejorar eficazmente la conductividad eléctrica del MoS ₂ comercial , pero puede lograr el objetivo ideal mediante un recubrimiento de carbono como el MoS ₂ obtenido / C.

El rendimiento cíclico a largo plazo de dos muestras se muestra en la Fig. 5e con una gran densidad de corriente de 1.0 A g ⁻¹ . Para activar los electrodos, las celdas se prueban a una densidad de corriente baja de 0.05 A g ⁻¹ durante los dos primeros ciclos. El MoS ₂ / C exhibe altas capacidades de descarga de 515, 443 y 439 mAh g ⁻¹ a 1.0 A g ⁻¹ para ciclos 100, 300 y 500, respectivamente. En comparación con el MoS ₂ informado anteriormente materiales de ánodo de la Tabla 1, muestra que MoS poroso jerárquico ₂ Las nanoesferas de / C tienen un mejor rendimiento electroquímico y mostrarán un gran potencial para reemplazar los materiales del ánodo de grafito. Vale la pena señalar que la curva de capacidad de MoS ₂ / C en su conjunto es relativamente estable sin una disminución particularmente obvia, excepto en los primeros ciclos, lo que ilustra una estabilidad cíclica preeminente a largo plazo. Sin embargo, el MoS ₂ Los ánodos sufren una enorme pérdida de capacidad con capacidades de descarga bajas de 114, 109 y 138 mAh g ⁻¹ en los mismos ciclos. Como resultado, MoS ₂ / C todavía exhibe propiedades electroquímicas superiores que el MoS ₂ comercial , aunque se introduce carbón activado con la misma relación de peso relativo en MoS ₂ electrodo. Esto se puede atribuir a las siguientes ventajas. I. MoS ₂ Los compuestos / C poseen una arquitectura porosa abierta en la que la nanoesfera se autoensambla mediante MoS ultradelgado ₂ / Nanohojas de C recubiertas con una fina capa de carbono, que facilitan el contacto íntimo entre el electrodo y el electrolito y el transporte rápido de electrones e iones. Mientras tanto, la arquitectura porosa abierta es ventajosa para formar canales internos interconectados y exponer un mayor número de sitios activos para la transmisión electrónica / iónica y el almacenamiento de litio. II. La fina capa de carbono derivada de la carbonización de DPH no solo puede actuar como una matriz de soporte estable para impedir la agregación de MoS ₂ nanohojas, sino que también mejoran la conductividad general del material. III. El espaciado entre capas ampliado de MoS ₂ en MoS ₂ / C puede disminuir la resistencia a la difusión de iones y aliviar la expansión volumétrica durante los ciclos de descarga / carga.

Conclusiones

En este trabajo, hemos fabricado MoS ₂ poroso jerárquico / nanoesferas de carbono autoensambladas por MoS ultradelgado ₂ / C nanoláminas por un sencillo método hidrotermal seguido de recocido. Beneficiándose del diseño de estructura racional, el MoS ₂ / C proporciona canales rápidos para el transporte de iones / electrones y mantiene una alta estabilidad y conductividad de todo el electrodo en el almacenamiento de litio. Además, la intercalación de C en el espaciado entre capas de MoS ₂ Puede acomodar la expansión de volumen para asegurar la integralidad del electrodo y mejorar la conductividad electrónica. El MoS ₂ tal como está fabricado El ánodo / C alcanza una alta capacidad específica (1307,77 mAh g ⁻¹ a 0,1 A g ⁻¹ ), excelente rendimiento en ciclos largos (439 mAh g ⁻¹ a 1.0 A g ⁻¹ durante 500 ciclos) y capacidad de velocidad rápida (612 mAh g ⁻¹ a 2 A g ⁻¹ ).