Heterojunction structure of cobalt sulfide cathodes for high-performance magnesium-ion batteries

硫化钴 硫化物 材料科学 阴极 无机化学 离子 异质结 冶金 化学 电极 电化学 光电子学 物理化学 有机化学
作者
Jianbiao Wang,Tanmay Ghosh,Zhengyu Ju,Man‐Fai Ng,Gang Wu,Gaoliang Yang,Xiaofei Zhang,Lei Zhang,Albertus D. Handoko,Sonal Kumar,Wutthikrai Busayaporn,Dechmongkhon Kaewsuwan,Changyun Jiang,Mingdeng Wei,Guihua Yu,Zhi Wei Seh
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:7 (5): 1833-1847 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.matt.2024.03.008
摘要

Transition metal chalcogenides (TMCs) with 3d orbitals have been intensively studied for use as cathodes in magnesium-ion batteries. However, their poor electronic conductivities and sluggish electrochemical kinetics severely restrict their electrochemical performance, preventing wide applicability for these materials. Here, we propose a heterointerface structure of cobalt sulfide (Co3S4/CoS2) hollow nanospheres to enable built-in electric fields generated in heterointerfaces, as verified in density functional theory, finite-element simulations, and ab initio molecular dynamics results. Compared to other TMCs, our cathode exhibited a substantial capacity of 597 mAh g−1 after 120 cycles at 50 mA g−1. When evaluated in a pouch cell, the electrode can sustain 100 deep cycles at 40 mA g−1 with an energy density of 203 Wh kg−1 that displays potential for practical applications. Finally, rational heterostructure engineering of transition-metal-based sulfides provides insights into developing cathodes for high-performance sustainable Mg batteries.
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