硫化钴量子点纳米簇在高能钾离子电池中的应用

由于锂资源的稀缺,钠离子电池和钾离子电池以其丰富的资源成为了锂离子电池的替代者。与钠离子相比,虽然钾离子半径大,但钾离子型的石墨插层化合物是高度稳定的。此外,钾较低的标准氢电势(-2.93V vs Eo)表明钾离子电池具有更高的电压和能量密度。

过渡金属硫化物因具有高容量和高电导率成为当前最有前景的负极材料,然而其循环稳定性较差。将材料纳米化和导电碳材料的复合是目前最广泛采用有效改善手段。硫化钴(CoS)作为过度金属硫化物中的一员,已成功的应用于超级电容器、染料敏化太阳能电池、锂离子和钠离子电池,但还没用研究用于钾离子电池。

近期,伍伦贡大学郭再萍教授和陈俊教授课题组使用两步水热实现了CoS量子点纳米簇和石墨烯的复合(CoS@GA)。由于石墨烯上的亲电子基团和CoS量子点纳米簇的离子形成强烈的相互作用, 抑制量子点结构的聚集形成稳定的界面连接。在结构上表现在CoS量子点纳米团簇均匀地分布在石墨烯片上,保持结构稳定。此外CoS@GA还具有大的比表面积,有效的离子和电子传递路径,和高导电性网络。其作为钾离子电池负极材料时,表现出优异的电化学性能和稳定的长期循环性能。在500mAh/g电流密度下,循环100圈后的容量为310.8 mAh/g。在3C和4C高倍率下的容量仍可达278.3和232.3 mAh/g。相关文章在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201702634)上。

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