伦斯勒大学机械、航空航天和核工程教授、论文通讯作者Nikhil Koratkar和团队利用二硫化钒(VS2)与二硫化钛(TiS2)材料来增强锂电池性能,即其可以在几分钟内充饱电且保有高容量。这一发现改善汽车电池、便携式电子产品的动力以及太阳能存储方面的多种应用。
在这项研究中,Koratkar他们通过用强导电性能的VS2取代钴氧化物,再一步提高电池的密度和充电速度。然而,由于VS2的不稳定性,导致该电池寿命极短。经过多年的研究,伦斯勒研究人员终于确定了这种不稳定性发生的原因,并开发了对抗这种不足的方法。
VS2薄片破裂原因:锂的插入导致了钒原子间距的不对称,即佩尔斯畸变(Peierls畸变)。改善方法:在薄片上覆盖一层纳米二硫化钛涂层(TiS2)(一种不会使Peierls变形的材料)可稳定VS2薄片,并改善它们在电池中的性能。TiS2涂层有缓冲层的作用,与VS2材料结合在一起,提供机械支持。
VS2-TiS2电极可以在高比容下工作,或者在单位质量内储存大量电荷。钒和硫的体积和重量都很小,这使得它们能制备出一种高容量小型电池。当充电速度加快时,电极容量不会像其他电极那样明显下降,能够保持一个合理的容量,不同于钴氧化物。该项研究成果于2019年4月16日发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。
在储能领域上,过渡金属硫化物除了VS2和TiS2非常“厉害”外,还有纳米三氧化钨(WO3)粉末,同样可以提高锂电池性能。