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Molecular Engineering to Construct MoS2 with Expanded Interlayer Spacing and Enriched 1T Phase for “Rocking-Chair” Aqueous Calcium-Ion Pouch Cells
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1021/acsnano.4c11147 Wenhao Wang, Wenwei Zhang, Ruohan Yu, Fan Qiao, Jilin Wang, Junjun Wang, Qinyou An
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1021/acsnano.4c11147 Wenhao Wang, Wenwei Zhang, Ruohan Yu, Fan Qiao, Jilin Wang, Junjun Wang, Qinyou An
The moderate working voltage and high capacity of transition metal dichalcogenides (TMDs) make them promising anode materials for aqueous calcium-ion batteries (ACIBs). However, the large radius and two charges of Ca2+ cause TMDs to exhibit poor performance in ACIBs. Therefore, effective regulation strategies are crucial for enabling the application of TMDs in ACIBs. Herein, MoS2 with expanded interlayer spacing and an enriched 1T phase (ES-1T-MoS2) is constructed by molecular engineering and reported as an anode material for ACIBs. Molecular engineering increases the capacity of MoS2 from 29.4 to 91.2 mAh g–1 and improves its rate performance from 20 to 76.1 mAh g–1 at 2.0 A g–1. ES-1T-MoS2 also shows a −20 to 50 °C wide temperature working capability. Furthermore, the capacity improvement reasons and the calcium storage mechanism of ES-1T-MoS2 are revealed through density functional theory calculations and in situ/ex situ characterizations. Finally, a “rocking-chair” aqueous calcium-ion pouch cell with a Prussian blue analogue cathode and ES-1T-MoS2 anode is assembled. The pouch cell exhibits a life of 150 cycles with over 90.8% capacity retention at 0 and 25 °C. This work demonstrates that molecular engineering is an effective strategy to improve the calcium storage performance of TMDs and promotes the advancement of ACIBs.
中文翻译:
分子工程构建具有扩大层间距和富集 1T 相的 MoS2,用于“摇椅”水性钙离子袋电池
过渡金属硫化物 (TMD) 的中等工作电压和高容量使其成为水系钙离子电池 (ACIB) 的有前途的负极材料。然而,大半径和 Ca 2+ 的两个电荷导致 TMD 在 ACIB 中表现出较差的性能。因此,有效的监管策略对于实现 TMD 在 ACIB 中的应用至关重要。在此,通过分子工程构建了具有扩展层间距和富集 1T 相的 MoS 2 (ES-1T-MoS 2 ),并报道了 ACIBs 的负极材料。分子工程将 MoS 2 的容量从 29.4 mAh g 增加到 91.2 mAh g –1 ,并在 20 A g –1 时将其倍率性能从 76.1 mAh g 提高到 2.0 mAh g –1 。ES-1T-MoS 2 还显示出 −20 至 50 °C 的宽温度工作能力。此外,通过密度泛函理论计算和原位/非原位表征揭示了 ES-1T-MoS 2 的容量提高原因和钙储存机制。最后,组装了一个带有普鲁士蓝类似物阴极和 ES-1T-MoS 2 阳极的“摇椅”水性钙离子软包电池。软包池的使用寿命为 150 次循环,在 0 °C 和 25 °C 下容量保持率超过 90.8%。 这项工作表明,分子工程是提高 TMDs 钙储存性能并促进 ACIBs 进步的有效策略。
更新日期:2024-12-17
中文翻译:
分子工程构建具有扩大层间距和富集 1T 相的 MoS2,用于“摇椅”水性钙离子袋电池
过渡金属硫化物 (TMD) 的中等工作电压和高容量使其成为水系钙离子电池 (ACIB) 的有前途的负极材料。然而,大半径和 Ca 2+ 的两个电荷导致 TMD 在 ACIB 中表现出较差的性能。因此,有效的监管策略对于实现 TMD 在 ACIB 中的应用至关重要。在此,通过分子工程构建了具有扩展层间距和富集 1T 相的 MoS 2 (ES-1T-MoS 2 ),并报道了 ACIBs 的负极材料。分子工程将 MoS 2 的容量从 29.4 mAh g 增加到 91.2 mAh g –1 ,并在 20 A g –1 时将其倍率性能从 76.1 mAh g 提高到 2.0 mAh g –1 。ES-1T-MoS 2 还显示出 −20 至 50 °C 的宽温度工作能力。此外,通过密度泛函理论计算和原位/非原位表征揭示了 ES-1T-MoS 2 的容量提高原因和钙储存机制。最后,组装了一个带有普鲁士蓝类似物阴极和 ES-1T-MoS 2 阳极的“摇椅”水性钙离子软包电池。软包池的使用寿命为 150 次循环,在 0 °C 和 25 °C 下容量保持率超过 90.8%。 这项工作表明,分子工程是提高 TMDs 钙储存性能并促进 ACIBs 进步的有效策略。