Preparation and electrochemical properties of metal chalcogenide anode materials for potassium-ion batteries

Unter den elektrochemischen Energiespeichersystemen der nachsten Generation werden Kalium-Ionen-Batterien (KIB) aufgrund des geeigneten Arbeitspotenzials, der hohen Sicherheit und der kostengunstigen Wettbewerbsfahigkeit fur die bestmogliche Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien angesehen. Dennoch kann die aufstrebende Technologie noch nicht mit den Lithium-Ionen-Batterien mithalten, die umfangreiche Forschung und Kommerzialisierung besitzen. Eines der Haupthindernisse ist die unzureichende elektrochemische Leistung der KIB-Anode. Bisher wurden eine Vielzahl von Materialien als Kandidaten erforscht, darunter sind besonders Metall-Chalkogenide aufgrund ihrer einzigartigen Struktureigenschaften und hohen theoretischen Kapazitaten attraktiv. In dieser wurde das elektrochemische K+ Lagerungsverhalten von drei Metall-Chalkogenid als Anodenmaterialien untersucht. Zuerst wurde das kommerzielle Wolframdisulfidpulver zur Demonstration erprobt, um die Realisierbarkeit von WS2 als KIB-Anode zu erforschen. Als Ergebnis konnte ein ungewohnlicher Reaktionsmechanismus zum ersten Mal beobachtet und verifiziert werden. Anschliesend wurde eine Heterostruktur aus mehrlagigen KohlenstoffNanorohren, die mit den hoch kristallisierten und ultradunnen MoSe2 Nanoblatter beschichtet sind, aufgebaut. Dabei wurde die synergetische Verstarkung des strukturierten Aufbaues, der Kohlenstoffmodifikation und der Kristallinitatsregelung fur die K+ Speicherfahigkeit des zweidimensionalen Metall-Chalkogenid aufgedeckt. Schlieslich wurde ein neuartiges kristallartiges Fe1-xS synthetisiert und als Anodenmaterial in KIBs angewendet. Dabei hat sich eine starke Wettbewerbsfahigkeit in Bezug auf Kosten und elektrochemischer Leistung herausgestellt. In dieser Arbeit wurden nicht nur drei vielversprechende KIB Anodenmaterialien hergestellt, sondern auch ein Einblick in die Entwicklung einer kostengunstigen elektrochemischen Energiespeichertechnologie gewahrt.