Bonding iron chalcogenides in a hierarchical structure for high-stability sodium storage

阳极 电化学 材料科学 化学工程 钠离子电池 电子转移 储能 电极 结构稳定性 纳米技术 化学 热力学 有机化学 物理化学 法拉第效率 结构工程 工程类 功率(物理) 物理
作者
Hongyi Chen,Pengfei Lv,Qiming Liu,Pengfu Tian,Shiyue Cao,Shengjun Yuan
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:637: 251-261 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.01.056
摘要

Owing to price-boom and low-reserve of Lithium ion batteries (LIBs), cost-cutting and well-stocked sodium ion batteries (SIBs) attract a lot of attention, aiming to develop an effective energy storage and conversion equipment. As a typical anode for SIBs, Iron sulfide (FeS) is difficult to maintain the high theoretical capacity. Structural instability and inherent low conductivity limit the cyclic and rate performance of FeS. Herein, hierarchical architecture of FeS-FeSe2 coated with nitrogen-doped carbon (NC) is obtained by single-step solvothermal method and two-stage high-temperature treatments. Specifically, lattice imperfections provided by heterogeneous interfaces increase the Na+ storage sites and fasten ion/electron transfer. Synergistic effect induced by the hierarchical architecture effectively enhances the electrochemical activity and reduces the resistance, which contributes to the transfer kinetics of Na+. In addition, the phenomenon that heterogeneous interfaces provide more active site and extra migration Na+ path is also proved by density functional theory (DFT). As an anode for SIBs, FeS-FeSe2/NC (FSSe/C) delivers highly reversible capacity (704.5 mAh·g-1 after 120 cycles at 0.2 A·g-1), excellent rate performance (326.3 mAh·g-1 at 12 A·g-1) and long-lasting durability (492.3 mAh·g-1 after 1000 cycles at 4 A·g-1 with 100 % capacity retention). Notably, the full battery, assembled with FSSe/C and Na3V2(PO4)3/C (NVP/C), delivers reversible capacity of 252.1 mAh·g-1 after 300 cycles at 1 A·g-1. This work provides a facile method to construct a hierarchical architecture anode for high-performance SIBs.
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