福建师范大学黄维院士等AM:基于部分硫化策略的多蛋黄-壳结构实现超稳定K/Na/Li离子储存

  • A+
最近,由于钠/钾离子电池的电化学性质与锂离子电池相似,并且钠和钾资源丰富且成本低,因此越来越多的努力致力于将钠/钾离子电池作为锂离子电池有前途的替代品。然而,Na+(1.02 Å)和K+ (1.38 Å)的大离子半径不仅导致离子扩散动力学较差,而且在放电/充电过程中会造成活性材料的严重体积变化,从而导致低倍率性能和较差的循环稳定性。因此,为钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)的实际应用开发高性能电极材料非常关键。

在负极材料方面,具有高容量和优异氧化还原可逆性的金属硫化物已被确定为有效存储钠/钾离子有前途的负极候选材料。然而,其固有的局限性,如差导电性、大体积变化以及放电产物溶解在电解液中等,会导致金属硫化物负极在循环过程中倍率低下和容量衰减严重。针对这些问题,寻求设计合理、稳定性好、电荷转移快的微结构具有重要意义。
鉴于此,福建师范大学黄维院士Yi Zhao教授、中科院福建物质结构研究所官轮辉研究员报道了一种用于构建多蛋黄-壳(mY-S)结构的部分硫化策略,旨在减小蛋黄尺寸并增强壳和蛋黄之间的接触点,以实现卓越的电荷传输。在所制备的样品中,多个Fe1-xS纳米粒子被很好地封装在中空碳纳米片中,并伴有可调的内部空隙空间。与传统的SiO2-模板或酸蚀刻方法衍生的Y-S结构相比,这种mY-S Fe1-xS@C复合材料具有多接触点、小粒径、优化的内部空隙和导电碳涂层的优越结构优势,从而产生出色的K/Na/Li离子存储行为。
文章亮点:
1. 对于钾存储,该复合材料在0.1 A g-1下循环1200次后表现出418 mAh g-1的高容量和10 A g-1下187 mAh g-1的良好倍率能力。值得注意的是,该负极在K存储期间实现了超稳定的循环稳定性,在0.5 A g-1下可达6000次循环(311 mAh g-1)和在1 A g-1下可达20000次循环(205 mAh g-1),这是远优于所报道的PIBs 负极。
2. 作为LIBs和SIBs的负极,mY-S Fe1-xS@C负极也表现出优异的循环稳定性和出色的倍率性能,分别在10 A g-1下循环1000次后提供633 mAh g-1的高容量,在5 A g-1下循环7000次后提供321 mAh g-1的高容量。
3. 采用理论计算、动力学分析和非原位表征系统地研究了mY-S Fe1-xS@C优异电池性能的起源。
图1 制备及表征
图2 储钾性能
图3 储钠和储锂性能
原文链接:
https://doi.org/10.1002/adma.202100837

来源:高分子科学前沿


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0