郭少军AFM：4000次循环，超稳定钾离子电池！

过渡金属二硫属化物（TMDs）由于其较高的理论容量和相对较低的工作电位，作为钾离子电池（PIBs）的负极显示出巨大的潜力。然而，由于结构的巨大变化，这种转换机制通常会严重阻碍PIBs的长期循环稳定性。

北京大学郭少军等开发了一类超薄金属NbS₂纳米片，它具有0.65 nm的大扩展层间间距和高导电性，可以提高反应动力学，实现PIB的高性能。

图1. NbS₂纳米片的形貌和结构表征

第一原理计算证明，所制备的2H相NbS₂纳米片具有良好的金属导电性。另外独特的超薄纳米结构提供了丰富的活性位点，有效地增加了电极/电解质的界面面积，从而诱发了明显的电容控制行为，促进了电子和离子的传输，加快了反应动力学的发展。因此，当作为PIBs的负极材料应用时，NbS₂纳米片表现出意想不到的插层机制和电容机制，在保持TMD高容量的同时，实现了高倍率性能和长期循环稳定性。

图2. NbS₂负极材料的PIBs性能

因此，超薄NbS₂纳米片具有卓越的倍率能力（在10 A g^-1的超高电流密度下为205.5 mAh g^-1）和出色的长期循环性能（在4000次循环后为169.5 mAh g^-1，每循环的衰减率低至0.005%），是最稳定的TMD基PIB负极材料。原位测试和第一原理计算揭示并解释了NbS2纳米片仅通过插层机制储存钾离子，而在钾化/脱钾过程中没有发生任何转换反应，这高度提高了电极材料的结构稳定性，从而促进了长期循环性能。

图3. 储钾机制研究

Ultrathin Metallic NbS2 Nanosheets with Unusual Intercalation Mechanism for Ultra-Stable Potassium-Ion Storage. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204495