南開大學陳軍教授Nano Lett.：具有高容量和快速鈉離子存儲性能的硫化銻-石墨烯化合物

【引言】

由於鈉元素在地球的高含量，鈉電池的低成本已經引起人們廣泛的關注。作為鈉電池的負極材料金屬硫化物因其具備高容量和高度可逆的氧化還原反應近年來得到極大的發展。其中硫化銻因為硫和銻均可儲鈉，因而被人們廣泛的運用到鈉離子電池領域。

【成果簡介】

目前而言，在鈉電池應用中尋找一種高循環穩定性和高倍率性能的電極材料具有十分重要的作用。近日，來自南開大學陳軍教授和康奈爾大學Lynden A. Archer（共同通訊）在Nano Lett.上發文，題名「High-Capacity and Ultrafast Na-Ion Storage of a Self-Supported 3D Porous Antimony Persulfide–Graphene Foam Architecture」。文中通過一種簡單的水熱方法在石墨烯泡沫上製備Sb2S5納米顆粒，並將其作為高性能的鈉電極材料。該材料展現出優異的性能，高容量性能 (電流密度 0.1 A g?1時，容量為845 mA h g?1), 高循環穩定性 (在電流密度0.2 A g?1下循環300圈，容量保持91.6%), 和良好的倍率性能 (電流密度10.0 A g?1，容量525 mA h g?1)。該種新型電極材料為以後製備一種安全，高能量密度電池提供了新的思路。

【圖文導讀】

圖1 Sb2S5-GO光學照片和表徵圖像

圖a. 水熱前後的Sb2S5-GO分散液以及對應部分的3D多孔Sb2S5-GF-8複合物光學照片。

圖b. 不同尺寸Sb2S5-GF-8化合物的光學照片。

圖c–d. 不同放大倍率的SEM圖像。

圖e. 不同放大倍率的TEM圖像。

圖f.Sb2S5-GF-8的EDS圖像。

圖g-i.Sb2S5-GF-8化合物(其中Sb2S5含量為83%) C, Sb, S元素分布圖。

圖2 Sb2S5-GF-8和GO表面表徵

圖a. Sb2S5-GF-8和GO的拉曼圖。

圖b.Sb2S5-GF-8和GO的C 1s XPS圖譜。

圖c.Sb2S5-GF-8化合物的Sb 3d XPS圖譜。

圖d.Sb2S5-GF-8的氮氣吸附脫附圖，小圖為孔徑分布圖。

圖3 Sb2S5-GF-8電極材料的儲鈉機理

圖a. 電流密度為 0.1 A g-1充放電圖。

圖b. 掃速為0.1 mV s-1的CV圖。

圖c. 電流密度為0.1 A g-1時，第二次充放電的原位拉曼圖譜。

圖4 不同條件下，不同電極材料的電化學性能表徵

圖a. 倍率性能。

圖b. Sb2S5-GF-8與其它硫化物相比的能量密度圖。

圖c. 電流密度為0.2 A g-1時的循環圖。

圖d. 阻抗圖。

圖e.Sb2S5NPs,Sb2S5-GF-9(Sb2S5含量90%),Sb2S5-GF-8和Sb2S5-GF-7(Sb2S5含量71%)電極在低頻區的線形擬合圖。

圖b. 電流密度為0.1 A g–1,電壓窗口為0.6-3.8V的充放電曲線。

圖c. 在電流密度為0.1 A g–1時的循環和庫倫效率圖。

圖d. 全電池點亮LED燈光學圖。

【小結】

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