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一步提高性能的重要影響。重要的是，使用先進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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