規模化合成均一Fe1-xS納米材料及其在鈉離子電池中的使用

為彌補鋰電池在儲能方向使用的局限性，鈉離子電池以其鈉資源豐富、分布廣泛和成本低廉等特點受到了人們的普遍關注，并有望在大規模儲能范疇得到使用。開發高性能負極材料對實現鈉離子電池的商業化至關緊要。在備受關注的鈉離子電池負極材料中，硫化鐵具有理論容量高、高度可逆的氧化還原特性、自然資源豐富以及環境友好等特點，是極具潛力的新型負極材料之一。眾所周知，納米結構對于提高納米材料的電化學性能起著至關緊要的作用。然而，由于試驗過程繁雜，規模化合成具有特殊納米結構的納米材料，一直以來嚴重制約著納米材料的實用化。

【成果簡介】

近日，南京航空航天大學彭生杰教授課題組通過一步硫化的辦法設計制備出適合規模化加工的形貌均一的Fe1-xS納米材料。作為鈉離子電池負極材料，該材料展現了優異的倍率性能和良好的循環穩定性（經過2000周循環，在10Ag-1的電流密度下，可逆容量保持率仍然可以達到約莫100%）。動力學分解聲明，贗電容的決定性作用，是該材料具有良好倍率性能的關鍵。同時，通過原位XRD表征，研究了Fe1-xS納米材料的儲鈉機理。此外，利用Na0.6Co0.1Mn0.9O2與Fe1-xS匹配構成鈉離子電池全電池，表現出較高的比容量和循環穩定性（在電流密度20mAg-1時，經過100周循環，容量保持在約380mAhg-1）。該項工作以“Large-scalesynthesisofhighlyuniformFe1-xSnanostructuresasahigh-rateanodeforsodiumionbatteries”為題在線發表在期刊NanoEnergy上（2017，37，81-89）。

【圖文導讀】

圖1.Fe1-xS納米材料的物理表征

（a，b）Fe1-xS納米材料在不同放大倍率下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（c,d）Fe1-xS納米材料的投射電子顯微鏡（TEM）圖像,插圖：電子衍射圖像；（e-g）Fe1-xS納米材料各元素的EDX面掃描圖。

圖2.Fe1-xS納米材料的電化學性能

Fe1-xS納米材料的（a）CV圖；（b）充放電曲線圖；（c）循環穩定曲線；（d）交流阻抗圖；（e）不同充放電倍率下循環穩定性曲線。

圖3.Fe1-xS納米材料的動力學性能

Fe1-xS納米材料的（a）倍率性能曲線；（b）相應倍率下充放電曲線；（c）不同掃速下的CV曲線；（d）相應氧化還原峰下的logivs.logv曲線；（e）不同掃速下的贗電容貢獻；（f）掃速為0.5mVs-1時，CV曲線及相應贗電容所占比例。

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