《Journal of Energy Storage》：Advanced MoS2/graphite hybrid composite for possible energy storage applications: study on conductivity enhancement and fundamental ion-surface interactions
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作者：Avia Ohayon-Lavi、Adi Lavi、Efrat Ruse、Oren Regev核研究中心-内盖夫，邮政信箱9001，贝尔谢巴，84190，以色列摘要可再生能源的新时代要求开发先进的材料以实现高效的能量存储系统。虽然MoS2由于其高存储容量和成本效益而是一种有
作者：Avia Ohayon-Lavi、Adi Lavi、Efrat Ruse、Oren Regev
核研究中心-内盖夫，邮政信箱9001，贝尔谢巴，84190，以色列
摘要
可再生能源的新时代要求开发先进的材料以实现高效的能量存储系统。虽然MoS2由于其高存储容量和成本效益而是一种有前景的材料，但其电导率较低，这可以通过添加石墨来克服。本文提出使用熔盐在一锅法、低成本、高产量和可扩展的工艺中制备MoS2（直径2微米，可溶于盐）和石墨/石墨烯纳米片（尺寸大于15微米，不溶于盐）的二维混合材料。首先，通过筛选研究确定了MoS2与石墨的最佳比例。然后，探索了不同的熔盐介质（例如NaCl、NaCl\KCl共晶和CsCl），发现CsCl能够使石墨的最大程度剥离，从而产生具有最高电导率的混合复合材料（40 S/cm，比原始MoS2提高了七个数量级）。进一步，利用溶解-成核-重结晶机制探讨了熔盐中MoS2/石墨混合材料的制备过程，表明MoS2分散在石墨层之间。本研究通过调节石墨的溶解度，为使用熔盐辅助制备混合二维材料提供了可能的解决方案。
引言
可再生能源的特点是供应间歇性[1]，[2]，因此需要像电池那样高效地存储和释放能量，电池通过两个或多个电极之间的电化学反应为电气设备提供电力[3]，[4]，[5]。在这方面，锂离子电池（LIBs[5]）由于其高能量密度、高效率、快速响应时间（毫秒级）和高达约97%的循环效率[5]，[6]，已成为便携式应用（例如电动汽车）的核心电源[1]，[4]。然而，关于成本、安全性、深度放电以及锂资源在全球范围内的长期短缺问题，需要开发新型电池系统[7]，[8]，[9]
例如，钠离子电池（SIBs）由于其低成本、高可用性、负氧化还原电位以及与LIBs相似的工作原理[10]（其中电荷载体在正极和负极之间穿梭[11]，[12]，[13]），吸引了广泛关注。然而，由于钠离子的原子半径较大（1.02 ? vs. 0.76 ?[14]），以及钠离子在大多数LIBs中使用的石墨[16]（d间距为3.4 ?[16]）对离子存储性能的可逆性和快速性的影响[9]，[13]，[15]，SIBs在商业上仍不如LIBs具有竞争力。更关键的因素是锂离子的插层能力[17]，这与锂离子在电极活性材料（即石墨）中的嵌入/释放有关。这一过程伴随着材料结构的改变，从而导致体积变化。对于大多数锂离子电池化学体系而言，电池体积的变化主要是由负极材料（即石墨[18]，[19]）引起的，而钠离子插层后的石墨由于热力学原因不稳定[20]，[21]。因此，开发具有更宽层间距的负极材料对SIB技术至关重要[22]
具有类似石墨结构的二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDs，例如MoS2）已被报道为SIB负极的潜在候选材料[23]，[24]。这类材料的较大d间距（MoS2的d间距=6.2 ?[25]）允许其与钠离子进行可逆相互作用[26]，[27]。MoS2独特的层状结构及其较大的层间距有利于钠离子的插入，具有较高的理论可逆容量。然而，MoS2作为SIB负极的应用主要受到其固有低电导率（EC）的阻碍，这降低了其电化学存储性能[13]，[28]。此外，其高表面能和层间范德华力[29]，[30]会导致MoS2的不希望的重新堆叠（以减少表面能[28]。此外，钠离子插入和提取（分别在充电和放电过程中）导致的显著体积变化和机械应力会降低负极的性能，从而影响循环稳定性[12]，[28]，[31]
有人认为，通过将体积较大的MoS2减薄为几层，并用高导电性材料对其进行修饰，可以提高上述性能限制[32]，[33]，[34]，[35]。用导电材料修饰MoS2有望提高其电导率（这是应用的主要障碍之一），减少钠离子在MoS2表面的吸附能，同时保持高扩散速率。此外，导电材料可以作为间隔层，抑制MoS2的进一步堆叠，并有助于保持结构稳定性[36]，[37]，[38]
部分内容
材料
使用的是市售的氯化钠（NaCl；Frutarom，含氯量>99 wt%）、氯化钾（KCl；Carlo Erba试剂，含氯量>99 wt%）、无水氯化铯（EMSURE? Merck，含氯量>99 wt%）、100 μm的石墨片（Asbury Graphite Mills Inc.）和纯度为98%的MoS2（>2 μm）。由于CsCl、NaCl和KCl具有吸湿性，这些盐在使用前被预热至500°C持续3小时，然后保持在150°C。
熔盐中石墨\MoS2的热处理
将不同MoS2:石墨质量比（表1）的500 mg批次与4500 mg盐（NaCl）混合
结果与讨论
结论
CRediT作者贡献声明
Avia Ohayon-Lavi：撰写——原始草稿，可视化，方法论，研究，形式分析，概念化。Adi Lavi：撰写——原始草稿，可视化，方法论，研究，形式分析，概念化。Efrat Ruse：撰写——审阅与编辑，方法论，研究。Oren Regev：撰写——审阅与编辑，监督，方法论，研究，概念化。
利益冲突声明
致谢
Pazy基金会的慷慨资助（资助编号#474）。
