鈉離子電池(SIBs)已經(jīng)吸引了越來越多的研究興趣，這得歸因于其成本效益。但是，缺少合適的負(fù)極已嚴(yán)重阻礙了SIBs的發(fā)展。在此，我們通過簡單的球磨法開發(fā)了一種特殊的Cu
2S基復(fù)合負(fù)極，其中Cu
2S粒子被摻雜有氮的石墨烯片包裹(Cu
2S@NGS)。這種Cu
2S@NG復(fù)合負(fù)極具有極長的循環(huán)壽命，高容量的超穩(wěn)定循環(huán)性和出色的倍率性能。Cu
2S@NG復(fù)合材料的優(yōu)異性能是由于其有趣的核殼結(jié)構(gòu)以及Cu
2S和NG的特殊性能。在這項研究中，發(fā)現(xiàn)NG殼在改善Cu
2S性能方面具有多種優(yōu)點：（i）減少活性材料的損失，（ii）構(gòu)成穩(wěn)定的界面，（iii）提供改善的電導(dǎo)率和良好的離子轉(zhuǎn)移 ，（iv）增強框架完整性。此外，本文還闡明了不同電壓窗和通過原子層沉積的表面涂層對進(jìn)一步提高性能的重要影響。重要的是，使用先進(jìn)的基于同步加速器的原位X射線衍射和X射線吸附光譜技術(shù)揭示了Cu
2S在鈉化/脫鈉過程中的電化學(xué)機理。這項工作為在SIBs中尋求高性能負(fù)極邁出了巨大一步。
Figure 1. (a) Cu
2S@SuperP和(b) Cu
2S@NG電極的SEM圖。用于比較的(c) Cu
2S@SuperP和(d) Cu
2S@NG電極的形態(tài)和特征示意圖。
Figure 2. Cu
2S@SuperP和Cu
2S@NG電極在半電池中的電化學(xué)性能。循環(huán)伏安譜圖顯示(a) Na-Cu
2S@SuperP電池和(b) Na-Cu
2S@NG電池的CV圖。(d) Na-Cu
2S@SuperP電池和(e) Na-Cu
2S@NG電池的EIS圖。
Figure 3. 電化學(xué)機理的同步加速器x射線表征。
Figure 4. 改善性能的策略:縮小電壓窗口。(a)在100 mA g
−1時，不同電壓窗下Cu
2S@NG電極的循環(huán)性能和CE。(b)不同電壓窗下Na-Cu
2S@NG電池的SEI電阻(R
SEI)與循環(huán)周期的關(guān)系。Na-Cu
2S@NG電池的(c)長循環(huán)性能，(d)倍率性能。
相關(guān)研究成果于2020年由阿肯色大學(xué)Xiangbo Meng課題組，發(fā)表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.08.031)上。原文：Nitrogen-Doped Graphene-Wrapped Cu2S as a Superior Anode in Sodium-ion Batteries。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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