Hierarchical Heterostructure Engineering of Layered Double Hydroxides on Nickel Sulfides Heteronanowire Arrays as Efficient Cathode for Alkaline Aqueous Zinc Batteries

材料科学 氢氧化物 碱性电池 阴极 层状双氢氧化物 化学工程 电池(电) 阳极 水溶液 储能 异质结 热液循环 电极 化学 光电子学 冶金 电解质 工程类 物理化学 功率(物理) 量子力学 物理
作者
Kai Zhou,Shuai Wang,Guixiang Zhong,Jingrong Chen,Yu Bao,Li Niu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (34) 被引量:54
标识
DOI:10.1002/smll.202202799
摘要

Abstract Aqueous alkaline rechargeable nickel‐zinc (Ni–Zn) batteries possess great potential for large‐scale energy storage systems because of their high output voltage, cheap cost, and intrinsic safety. However, the practical applicability of Ni–Zn batteries has been limited by traditional Ni‐based cathodes with low capacity and poor cycle stability. Rational design of electrode structure and composition is highly desired but still significantly challenging. Herein, uniform self‐supported hierarchical heterostructure composites interacting NiCo‐layered double hydroxide with 1D nickel sulfides heteronanowire rooted on Ni foam (NF\Ni 3 S 2 /NiS@NiCo‐LDH) are successfully developed by a hydrothermal sulfurization‐electrodeposition process. The self‐supported 3D hierarchical heterostructured composites nanoarray provides abundant reactive sites, rapid ion diffusion channels, and fast electron transfer routes, as well as strong structural stability. More significantly, the strong interfacial charge transfer between Ni 3 S 2 /NiS heteronanowire and NiCo‐LDH effectively modifies the electronic structure of the composites and thereby improving the reaction kinetics. Consequently, the NF\Ni 3 S 2 /NiS@NiCo‐LDH electrode presents a superior capacity of 434.5 mAh g −1 (1.73 mAh cm −2 ) at 3 mA cm −2 . In addition, the fabricated NF\Ni 3 S 2 /NiS@NiCo‐LDH//Zn battery can offer a maximal energy density and power density as large as 556.3 Wh kg −1 and 26.3 kW kg −1 , respectively, as well as an exceptional cycling performance.
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