獨(dú)特的3D螺旋結(jié)構(gòu),！助力高性能柔性可穿戴鋁離子電池

導(dǎo)讀：本文通過構(gòu)建3D螺旋狀MoSe2陣列,，制備了無粘接劑的柔性電極并在鋁離子電池中展現(xiàn)出了極好的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性,。卓越的電化學(xué)性能表明硒化物納米結(jié)構(gòu)在鋁離子電池的良好應(yīng)用前景，并可以擴(kuò)展到其他柔性可穿戴儲(chǔ)能器件,。

因?yàn)殇X的高豐度,、低成本，在眾多二次儲(chǔ)能器件中,，鋁離子電池（AIBs）一直是有望取代鋰離子電池的有力競爭者,。但其正極的研究還進(jìn)展十分緩慢，急需更多的研究以提高其容量和循環(huán)穩(wěn)定性,。近日,，電子科技大學(xué)王志明及其團(tuán)隊(duì)報(bào)道了硒化鉬3D螺旋納米陣列，具有良好的柔性和延展性,，并在AIBs內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,，為AIBs未來應(yīng)用于可穿戴柔性期間提供了可能性。相關(guān)論文以題為“Three-Dimensional Molybdenum Diselenide Helical Nanorod Arrays for High-Performance Aluminum-Ion Batteries”發(fā)表在ACS Nano上,。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02831

相比于已經(jīng)被應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ罘椒矫婷娴匿囯x子電池,，鋁離子電池具有成本低、鋁元素豐度高,、無毒,、安全（金屬鋁負(fù)極反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生支晶）等優(yōu)勢，是下一代二次儲(chǔ)能器件的競爭者之一,。目前眾多研究者們相繼嘗試了石墨電極和硫化物電極，但石墨電極在AIBs中往往不能獲得足夠高的容量,，而硫化物電極則穩(wěn)定性較差,。此外，粘接劑造成的副反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致電極的電化學(xué)性能進(jìn)一步衰減,。因此,，AIBs的正極材料還需要進(jìn)一步的研究探索,。

本文中，作者利用磁控濺射法和低溫等離子體輔助硒化法,，成功的在聚酰亞胺基板合成了螺旋狀生長的MoSe2陣列,。由于本身的自支撐結(jié)構(gòu)，避免了粘接劑和電解液之間的副反應(yīng),。電極在0.3 A g-1的電流密度下可提供753 mA h g-1的超高比容量,，并在1 A g-1的電流密度下循環(huán)1000次比容量依舊保有330 mA h g-1。通過非原位拉曼,、XPS和TEM表征證實(shí)了Al-Se合金化反應(yīng)的發(fā)生和AlCl-離子的插層反應(yīng),。此外，該無粘接劑的螺旋結(jié)構(gòu)在使材料具有高導(dǎo)電性和高表面積,，可以更好的吸收電解質(zhì)中的離子,，這也有助于提高材料的比容量。

總結(jié)來說,，作者利用磁控濺射和等離子體輔助低溫硒化法,，構(gòu)建了獨(dú)特的3D螺旋狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以很好的提高材料的導(dǎo)電性和比表面積,，并結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好,，可以在循環(huán)中保持自身形貌。無粘接劑的可以很好地避免副反應(yīng)的發(fā)生,，提高材料的穩(wěn)定性,。通過多手段表征，觀測到了MoSe2在AIBs中的多不反應(yīng)過程,，為硒基材料在AIBs中的應(yīng)用提供了指導(dǎo),。

圖1 MoSe2HNRAs的制備和在AIBs中的工作示意圖。

圖2 MoSe2 HNRAs的 (a)-(b) SEM照片,；(c)-(d) TEM照片,；(e)拉曼圖譜；(f) XPS的Mo 3d放大圖譜,；(g) XPS的Se 3d放大圖譜,。

圖3 MoSe2HNRAs電極 (a)在0.5 V s-1掃描速率下的CV曲線圖；(b) 在0.3 A g-1的電流密度下的前三圈充放電曲線圖,；(c) 在不同電流密度下的充放電曲線圖,；(d) 能量密度vs功率密度圖；(e)-(f) 在1 A g-1和5 A g-1的大電流密度下的循環(huán)性能圖,。

圖4 MoSe2HNRAs電極在不同充放電階段的非原位拉曼,、XPS和TEM圖。

圖5 (a)-(b) 組裝的AIBs的柔韌性測試照片；(c) 圖(b)狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的充放電曲線圖（電流密度20 μA cm-2）,；(d) 反復(fù)重復(fù)圖(b)時(shí)的循環(huán)圖,；(e) 組裝的AIBs的延展性測試照片；(f) 拉伸至不同狀態(tài)時(shí)的充放電曲線圖電流密度（20 μA cm-2）,；(g) 拉伸至不同狀態(tài)時(shí)的循環(huán)測試圖,。