KAUST, Aramco 팀, 3D 계층적 다공성 MoS2 폼 개발

Apr 05, 2024

KAUST와 Aramco의 연구원들은 7차수에 걸쳐 구조적 계층 구조를 갖춘 3차원 이황화 몰리브덴 폼을 개발했습니다. 폼은 효율적인 전하 수송, 빠른 이온 확산, 전기화학 반응을 위한 기계적 탄력성과 화학적으로 안정적인 지원을 위한 상호 침투 네트워크를 제공합니다.

이황화 몰리브덴 폼의 탁월한 전기화학적 성능은 대부분 보고된 이황화 몰리브덴 기반 리튬 이온 배터리 양극 및 최첨단 재료보다 성능이 뛰어납니다. 이 연구에 대한 공개 논문은 Nature Communications에 게재되었습니다.

자가 조립 폼은 복잡한 계층 구조를 갖추고 있어 리튬 이온을 반복적으로 흡수했다가 쉽게 대량으로 방출할 수 있습니다. 이 소재는 고속 충전, 수명이 긴 리튬 배터리의 핵심 구성 요소가 될 수 있습니다.

(a) 제조 방식은 EHD 설정과 MoS2 폼의 구조적 진화를 보여줍니다. (b) (c) 상호 연결된 다공성 네트워크, (d) 건축 구조, (e) 소용돌이형 구조를 포함하여 7자릿수 이상의 구조적 계층으로 구성된 4인치 구리(Cu) 기판에서 확장 가능한 MoS2 폼 제조 시연 트러스 단위 셀, (f) 나노기공 및 스트럿, (g) 얽힌 MoS2 시트, (h) 기저면의 찢어짐 및 구멍, (i) S 공석. Weiet al.

무기 물질인 이황화 몰리브덴(MoS2)이 유망한 리튬 이온 배터리(LIB) 양극 재료로 선정되었습니다. 그러나 일반적으로 MoS2는 종이처럼 쌓여 있는 원자적으로 얇은 2D 층으로 구성됩니다. 이 부서지기 쉬운 층 구조는 전기화학적 안정성이 부족하고 재료 안팎으로 리튬 이온 확산을 제한한다고 수석 저자인 Xuan Wei는 설명합니다.

팀은 2D MoS2 나노시트를 배터리 양극 사용에 적합한 견고한 3D 재료로 변환하려고 했습니다. 수십 가지 조건을 테스트한 후 팀은 결국 나노시트가 조직적이고 안정적인 3D 폼을 형성하는 설정에 도달했습니다.

폼은 나노 구조 요소부터 육안으로 볼 수 있는 특성까지 고도로 정렬된 계층 구조를 가지고 있습니다. 이러한 특징은 재료의 우수한 배터리 양극 성능에 필수적이며 팀은 시간이 지나도 높은 리튬 용량을 유지한다는 것을 보여주었습니다. LIB 양극은 각 배터리 방전/재충전 주기에서 다량의 리튬이 흡수되었다가 방출됨에 따라 반복적인 팽창과 수축을 견뎌야 합니다.

자원

Wei, X., Lin, CC., Wu, C. et al. (2022) "고속 및 안정적인 리튬 이온 배터리 양극으로서의 3차원 계층적 다공성 MoS2 폼." Nat Commun 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

2022년 12월 23일에 게시됨: 배터리, 시장 배경, 재료 | 영구링크 | 댓글 (23)