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Chem. Eur. J. :中空纳米立方SnS2材料用作钠离子和钾离子电池负极材料的研究2024-05-01
昆明理工大学张正富教授团队联合德国弗莱堡大学Sonia Dsoke教授团队在Chem. Eur. J. 期刊发文对中空纳米立方SnS2材料用作钠离子(NIBs)和钾离子电池(KIBs)负极材料的研究,本工作通过MnCO3模板辅助结合水热反应法,调控原料用量和溶剂比例,在MnCO3模板表面实现SnS2纳米片自组装,制备了具有中空立方形结构的SnS2材料。基于独特的结构设计,相比于无特殊形貌设计的SnS2材料,中空多孔立方结构SnS2取得良好的储钠储钾性能。本工作还研究了两种不同导电碳添加剂(Super P和C65)对SnS2电极的影响。

NIBs和KIBs由于天然丰富的Na和K资源,成本低廉且具有较为可观的能量密度而成为电储能领域的研究热点。电极材料是决定电池性能优劣的关键。在众多的负极材料中,SnS2因其具有高比容量、低氧化还原电位和元素丰度而具有吸引力。然而,一个关键的挑战是,大尺寸的Na+/K+导致在电化学循环过程中承载材料的巨大体积变化,导致容量快速衰减。因此,本项目通过MnCO3模板辅助制备了具有中空立方形结构的SnS2材料,其独特的中空多孔结构为钠离子和钾离子扩散提供便利通道,还可以缓冲较大的体积膨胀,从而提升其储钠/钾性能。

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研究结果表明,在0.2 A g-1电流密度下,中空立方形结构的SnS2电极材料具有稳定储钠容量208 mAh g-1,明显高于文献报道的纯SnS2电极材料 (90 mAh g-1)。本研究工作采用原位 XRD和非原位XPS 等技术手段揭示SnS2电极材料存储Na+/K+机理。Super P和C65因自身储钠/钾容量不同和体积膨胀特点不同,对SnS2电极在NIBs和KIBs中电化学性能、离子传输动力学和结构稳定性等影响不同。本研究不仅有助于更全面地理解Sn基金属硫化物负极材料的反应机理,而且将为“超越锂”的下一代可充电电池开发更高容量的新型负极材料提供有价值的指导。

文信息

Constructing Hollow Microcubes SnS2 as Negative electrode for Sodium-ion and Potassium-ion Batteries

Chengping Li, Hongrui Yu, Peng Dong, Ding Wang, Xiaoyuan Zeng, Jinsong Wang, Zhengfu Zhang, Yingjie Zhang, Angelina Sarapulova, Xianlin Luo, Kristina Pfeifer, Helmut Ehrenberg, Sonia Dsoke

Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202304296

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