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福建师范大学陈育明&李小燕Compos. Part B Eng.:a-SnS@pCNFs的制备及其储钾性能研究

2022-11-14   易丝帮

钾离子电池(PIBs)因其低成本、天然丰度和高能量密度而在可扩展且价格合理的固定应用方面获得了极大的研究兴趣。然而,大尺寸的钾(K)离子阻碍了其扩散,在传统电极材料中造成显著应变,导致容量低、倍率性能差且寿命短。在此,研究者开发了一种新策略,将无定形硫化锡(a-SnS)限制在电纺多孔碳纳米纤维(表示为a-SnS@pCNFs)中,以实现SnS的高度可逆钾化/去钾化。a-SnS的无定形性质使其在任何可能的转化反应期间具有较低的结构重排活化能垒,这有助于提高电化学稳定性。此外,pCNF骨架不仅提高了a-SnS@pCNFs的整体电导率,而且还适应了SnS在重复充放电循环中的体积变化。结合a-SnS的这些优点和pCNFs中定制的孔结构,a-SnS@pCNFs复合材料具有高可逆容量(在1A/g下约为300mAh/g)、卓越的倍率性能(在10A/g下约为85.4mAh/g)和超长的使用寿命(在3A/g下循环2000次)。总体而言,这项工作为可实现快速可逆K离子存储的材料的稳定转化和合金化提供了一种可行的策略,以更好地满足实际应用。

 

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图1.a-SnS@pCNFs合成示意图。


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图2.(a)电纺聚合物纳米纤维、(b)水热处理纳米纤维和(c)a-SnS@pCNFs-650的SEM图像。(d)a-SnS@pCNFs-650的SEM和相应的EDS映射;(e,f)a-SnS@pCNFs-650的TEM图像,以及(g)高分辨率TEM和SAED(插图)图像。


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图3.(a)a-SnS@pCNFs-650和pCNFs的XRD图谱。(b)a-SnS@pCNFs-650的TGA曲线,(c)N2吸附/解吸等温线,和(d)孔径分布。


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图4.a-SnS@pCNFs-650的XPS光谱:(a)全扫描,(b)Sn3d,(c)S2p,(d)C1s,和(e)N1s去卷积光谱。


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图5.a-SnS@pCNFs-650电极的电化学性能。(a)a-SnS@pCNFs-650电极在1A/g时的GCD曲线。在(b)1A/g和(c)3A/g下测量的循环性能。(d)不同电流密度下的倍率性能。


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图6.(a)a-SnS@pCNFs-650电极在不同扫描速率下的CV曲线;(b)阳极峰处的log(i)与log(v)图。(c)a-SnS@pCNFs-650在0.6mV/s时的电容贡献(蓝色区域);(d)不同扫描速率下的电容贡献。


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图7.(a)循环使用的a-SnS@pCNFs-650电极的SEM图像,(b)相应的EDS图谱,以及(c)TEM和(d)高分辨率TEM图像。

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