First Principles Study of TiS2/Graphene Heterojunction as Cathode Material for Sodium–Sulfur Batteries

石墨烯 阴极 硫黄 异质结 材料科学 纳米技术 光电子学 化学工程 工程物理 化学 物理 工程类 冶金 物理化学
作者
Long Pan,Yunxin Zheng,Jianrong Xiao,Zhiyong Wang
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adts.202401100
摘要

Abstract Rechargeable batteries are an indispensable part of the development of environmental sustainability, high capacity and excellent conductivity are essential for optimal energy storage. Sodium–sulfur (Na─S) batteries are recognized as promising options for stationary energy storage solutions, which can be attributed to their high theoretical energy density and cost advantages. Additionally, 2D XS 2 @graphene heterojunction is considered an excellent host material for batteries. Using the first‐principles calculations, a novel 2D TiS 2 /graphene heterojunction have been theoretically investigated as an anchoring material for sodium–sulfur batteries to mitigate the shuttle effect. First, the composite structure is created by depositing a TiS 2 layer onto a single layer of graphene retains its inherent metallic character. Furthermore, the calculated results show that the TiS 2 /graphene heterojunction exhibits adsorption energy of 1.3 eV for long‐chain sodium polysulfides while maintaining its metallic properties, effectively anchoring polysulfides and inhibiting the shuttle effect. Moreover, a low diffusion barrier (0.31 eV) for Na ion diffusion shows that this heterojunction can enhance electrochemical processes. TiS 2 /graphene heterojunction may be the candidate for ideal anchoring materials in sodium–sulfur batteries.
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