Nitrogen and Sulfur Vacancies in Carbon Shell to Tune Charge Distribution of Co6Ni3S8 Core and Boost Sodium Storage

材料科学 硫黄 硫化物 双金属片 碳纤维 扩散 氮气 离子 化学工程 金属 热力学 复合数 复合材料 冶金 化学 有机化学 物理 工程类
作者
Yihui Zou,Yu Gu,Bin Hui,Xianfeng Yang,Hongwei Liu,Shuai Chen,Rongsheng Cai,Jin Sun,Xiaoli Zhang,Dongjiang Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (18) 被引量:101
标识
DOI:10.1002/aenm.201904147
摘要

Abstract Recently, the metal sulfide‐carbon nanocomposites have been suggested as a low‐cost alternative to lithium ion batteries, but commercial application is seriously hindered by their relatively inferior cyclic performance. Herein, N and S vacancies in an N,S co‐doped carbon (NSC) shell for anchoring a new bimetallic sulfide core of Co 6 Ni 3 S 8 using Co‐Ni‐alginate biomass are introduced. The obtained Co 6 Ni 3 S 8 /carbon aerogels (Co 6 Ni 3 S 8 /NSCA) exhibit excellent sodium‐ion storage properties, high reversible capacity (568.1 mAh g −1 at 1 A g −1 ), and an excellent cycle stability (94.4% after 300 cycles). Density functional theory calculation results disclose that nitrogen and sulfur vacancies in the carbon shell can enhance the binding between the Co 6 Ni 3 S 8 core and NSC shell, ensuring an improved structural and electrochemical stability. In addition, an increased adsorption energy of Na + (−1.88 eV) and a decreased barrier energy for Na + diffusion (0.46 eV) are observed indicating a fast Na + diffusion process. The powder X‐ray diffraction refinement confirms that the lattice parameters of Co 6 Ni 3 S 8 extend to 0.9972 nm compared with Co 9 S 8 (0.9928 nm), suppressing the volume expansion in Na + diffusion processes.
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