Cobalt-Doped NiS2 Micro/Nanostructures with Complete Solid Solubility as High-Performance Cathode Materials for Actual High-Specific-Energy Thermal Batteries

材料科学 阴极 钴 溶解度 兴奋剂 纳米结构 热的 纳米技术 光电子学 化学工程 无机化学 冶金 物理化学 热力学 化学 物理 工程类
作者
Hao Guo,Licheng Tang,Qianqiu Tian,Ying Chu,Bin Shi,Xucai Yin,Hua Huo,Xiaopeng Han,Chengxiang Yang,Chu Wang,Kangkang Tang,Chang Wang,Xiaohong Zhang,Jianyong Wang,Long Kong,Zhouguang Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (45): 50377-50387 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acsami.0c13396
摘要

Transition-metal sulfides are key cathode materials for thermal batteries used in military applications. However, it is still a big challenge to prepare sulfides with good electronic conductivity and thermal stability. Herein, we rapidly synthesized a Co-doped NiS 2 micro/nanostructure using a hydrothermal method. We found that the specific capacity of the Ni 1– x Co x S 2 micro/nanostructure increases with the amount of Co doping. Under a current density of 100 mA cm –2, the specific capacity of Ni 0.5 Co 0.5 S 2 was about 1565.2 As g –1 (434.8 mAh g –1 ) with a cutoff voltage of 1.5 V. Owing to the small polarization impedance (5 mΩ), the pulse voltage reaches about 1.74 V under a pulse current of 2.5 A cm –2, 30 ms. Additionally, the discharge mechanism was proposed by analyzing the discharge product according to the anionic redox chemistry. Furthermore, a 3.9 kg full thermal battery is assembled based on the synthesized Ni 0.5 Co 0.5 S 2 cathode materials. Notably, the full thermal battery discharges at a current density of 100 mA cm –2, with an operating time of about 4000 s, enabling a high specific energy density of around 142.5 Wh kg –1 . In summary, this work presents an effective cathode material for thermal battery with high specific energy and long operating life.
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