倫斯勒大學機械、航空航太和核工程教授、論文通訊作者Nikhil Koratkar和團隊利用二硫化釩(VS2)與二硫化鈦(TiS2)材料來增強鋰電池性能,即其可以在幾分鐘內充飽電且保有高容量。這一發現改善汽車電池、可擕式電子產品的動力以及太陽能存儲方面的多種應用。
在這項研究中,Koratkar他們通過用強導電性能的VS2取代鈷氧化物,再一步提高電池的密度和充電速度。然而,由於VS2的不穩定性,導致該電池壽命極短。經過多年的研究,倫斯勒研究人員終於確定了這種不穩定性發生的原因,並開發了對抗這種不足的方法。
VS2薄片破裂原因:鋰的插入導致了釩原子間距的不對稱,即佩爾斯畸變(Peierls畸變)。改善方法:在薄片上覆蓋一層納米二硫化鈦塗層(TiS2)(一種不會使Peierls變形的材料)可穩定VS2薄片,並改善它們在電池中的性能。TiS2塗層有緩衝層的作用,與VS2材料結合在一起,提供機械支援。
VS2-TiS2電極可以在高比容下工作,或者在單位品質內儲存大量電荷。釩和硫的體積和重量都很小,這使得它們能製備出一種高容量小型電池。當充電速度加快時,電極容量不會像其他電極那樣明顯下降,能夠保持一個合理的容量,不同於鈷氧化物。該項研究成果於2019年4月16日發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。
在儲能領域上,過渡金屬硫化物除了VS2和TiS2非常“厲害”外,還有納米三氧化鎢(WO3)粉末,同樣可以提高鋰電池性能。