Small:中空结构的二硫化锡/四硫化三钴纳米立方体负载在硫掺杂的石墨烯上用于快速稳定的钠离子储存

近年来,由于环境恶化加剧,人们越来越倾向于使用可再生无污染的能源储存设备。目前商业化的锂离子电池,受锂资源储量与分布的限制,价格逐年走高。而钠离子电池基于相似的储能机制和丰富的储量而受到人们的广泛关注。但传统的石墨负极在钠离子电池中仅具有35 mAh g-1的比容量,显然不满足目前的能量需求。二硫化锡由于理论容量高且价格低而被认为是一种理想的钠离子电池负极材料,但它在循环过程中存在体积膨胀与本征电导率低等问题。为了解决上述问题,目前普遍采用的方法是将材料纳米化或者与碳材料复合;近来已有研究表明,在活性材料内部形成异质结构有助于电化学性能的提高。

北京化工大学材料科学与工程学院赵东林课题组应用共沉淀法与一步溶剂热法首次合成了SnS2/Co3S4-rGO复合物,并将其应用于钠离子电池的负极材料,展示出了快速稳定的钠离子储存性能。相关结果发表在Small (DOI:10.1002/smll.201903873)上。

由于硫掺杂的石墨烯的引入以及SnS2/Co3S4异质结构中p-n结的存在,材料的电导率得到了极大地提高;另外,材料进行硫化之后,极小的纳米片层之间存在的介孔结构有助于缓解电极材料在循环过程中的体积膨胀并且有助于Na+的迁移和电解液的浸润。当用于钠离子电池的负极材料时,SnS2/Co3S4-rGO表现出了优异的电化学性能。在0.1 A g-1的电流密度下,首次放电比容量达到2212.6 mAh g-1,在此电流密度下循环50次之后,仍能维持1141.8 mAh g-1的比容量。同时,它还表现出优异的倍率性能(在0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,2.0和5.0 A g-1的电流密度下,可逆容量分别为880.9,849.7,791.9,718.5,661.2,576.1和490.8 mAh g-1。甚至当电流密度达到10 A g-1时,仍可达到392.9 mAh g-1的可逆容量)与较好的循环稳定性(在0.5 A g-1电流密度下,循环100 圈,其容量仍有845.7 mAh g-1)。另外,作者利用循环伏安法,通过不同扫速下的CV图像研究了材料高倍率性能的原因,结果表明赝电容对于容量的贡献很大,并且随着扫速的增加,贡献逐渐增大。研究结果有助于理解和设计高容量的硫化锡基负极材料。