1. 首页
  2. 硫化物

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

钠离子电池由于成本低廉,钠储量丰富且具有与锂离子电池相似的工作原理,被视为下一代大规模储能体系之一。然而, 由于锂离子与钠离子在理化性质上存在的一些差异,使得传统的锂离子电池电极材料(石墨等)并不能在钠离子电池中得到良好的应用。因此,开发适宜的钠离子电池电极材料对于构建高比能、长寿命的钠离子电池体系进而推动其商业化应用具有重要意义。过渡金属硫化物来源丰富,成本低廉且理论比容量高,是一种很有前景的钠离子电池负极材料。然而,由于存在导电性差、充放电过程中体积膨胀严重等缺点,金属硫化物并没有在钠离子电池中得到良好的应用。因此寻找一种合适的方法以增强过渡金属硫化物的导电性并抑制其在充放电过程中的体积膨胀,对于其作为钠离子电池负极材料具有深远影响。

【成果介绍】

近日,中南大学化学化工学院纪效波教授课题组侯红帅副教授(通讯作者)等设计了一种原位构建碳复合金属硫化物的新策略,通过直接硫化聚苯胺原位包覆的棒状丁二酮肟镍前驱体,得到双功能碳修饰的二硫化镍复合电极材料。这种直接硫化有聚合物原位包覆的前驱体的方式不仅极大地增强了材料的导电性能,也有效缓冲了电极材料在充放电过程中的体积膨胀,从而使得材料的循环性能得到了极大的改善。此外,不同于直接的碳包覆,该方法选择将前驱体进行包覆处理后再进行NiS2的转化,不仅使得前驱体的结构得到了较好的维持,而且在转化过程中包覆碳层的功能也得到了相应的强化。使得到的电极材料在导电性和循环性能增强的情况下,初始容量并没有因为碳层的包覆而过多的下降。电化学测试表明,该功能化碳修饰的NiS2材料(NiS2@C@C),其首圈充电容量为669.2mAh/g, 略低于未进行改性的NiS2@C(732.5mAh/g);在100mA/g的电流密度下循环100圈后,仍有580.8mAh/g的容量,远高于NiS2@C电极的86.8mAh/g。此外,相比于NiS2@C电极,NiS2@C@C电极的倍率性能也得到了极大改善。该成果以题为“Nickel Chelate Derived NiS2 Decorated with Bifunctional Carbon: an Efficient Strategy to Promote Sodium Storage Performances“发表在Advanced Functional Materials,论文通讯作者为侯红帅副教授,第一作者为硕士研究生赵刚刚,相关工作得到了中国科协青年人才托举工程、国家重点研发计划等的支持。

【图文解析】

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

图1. 材料的合成路线和性能表征图。(a)NiS2@C@C的合成路线图;(b)NiS2@C和NiS2@C@C的XRD图;(c)NiS2@C和NiS2@C@C的Raman图;(d)NiS2@C和NiS2@C@C的热重曲线,插图为NiS2@C@C在空气中煅烧后的产物的XRD图(NiO (*), NiSO4, (#));(e)NiS2@C和NiS2@C@C的N2吸脱附曲线图,插图为孔径分布图。

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

图2. 材料的SEM和TEM 图片: (a-c) Ni(DMG)2;(d-f) NiS2@C;(g-i) NiS2@C@C

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

图3. 所得材料的高分辨TEM图:NiS2@C (a, b);NiS2@C@C (c, d); (e-j)NiS2@C@C的面扫及元素分布图:(f) O;(g) N;(h) C (i) Ni;(j) S.

基于原位聚合及硫化方式构建双功能碳修饰的二硫化镍用于高效钠离子存储

图4. 材料的电化学测试图:(a) NiS2@C和 (b)NiS2@C@C电极在100mA/g的电流密度下的恒流充放电曲线;(c-d)NiS2@C和NiS2@C@C电极的循环性能(c)和倍率性能图(d);(e) NiS2@C@C电极在0.1mV/S下的CV曲线;(f) NiS2@C和NiS2@C@C电极的交流阻抗曲线。

【小结】

综上所述,通过直接硫化聚苯胺原位包覆的前驱体制备碳/二硫化镍复合材料的方法,不仅可显著增强二硫化镍的导电性,而且有助于缓冲其在转换反应过程中的体积膨胀,对于实现其作为高效钠离子电池电极材料,达到较好的循环性能具有重要意义。同时,将前驱体进行包覆处理后再进行硫化的技术为过度金属硫化物复合材料的设计和制备提供了新的思路。

Ganggang Zhao, Yang Zhang, Li Yang, Yunling Jiang, Yu Zhang, Wanwan Hong, Ye Tian, Hongbo Zhao, Jiugang Hu, Liang Zhou, Hongshuai Hou,* Xiaobo Ji, Liqiang Mai,Nickel Chelate Derived NiS2 Decorated with Bifunctional Carbon: An Efficient Strategy to Promote Sodium Storage Performance, Advanced Functional Materials, 2018, DOI: 10.1002/adfm.201803690

本文由能源学人编辑wwl发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/20115.html

参考文献:Advanced Functional Materials

联系我们

15521390112

邮件:nyxrtg@energist..vip

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code