用于高性能钠存储的异质结构纳米花

一个中国团队在EnergyMaterialAdvances中发表了使用异质结构纳米花进行电池设计的新工作。“钠离子电池(SIBs)已被证明是替代锂离子电池(LIBs)的有前途的候选者，因为钠被认为在地球上无处不在，”电子大学材料与能源学院的论文作者JunSongChen说。中国科学技术.“然而，钠的原子尺寸比锂大，导致电荷扩散延迟，钠储存过程中体积变化严重，从而降低了SIB的循环稳定性和倍率性能。”

设计具有增强电化学性能的独特电极材料以解决这些缺点至关重要。Chen解释说，过渡金属硫化物在各种负极材料中对储钠具有吸引力。此外，构建异质结构也能有效提高活性材料的电化学性能，在两种组分的界面处产生强大的内电场，为界面处的离子和电子传输提供额外的驱动力。

“受这些想法的启发，我们通过多步法构建了独特的NiS2/FeS异质结构，”Chen说。“合成后的NiS2/FeS表现出良好的储钠性能，在50Ag-1时具有156mAhg-1的增强高倍率性能，在5Ag-时具有606mAhg-1的高稳定性长循环保留。1000次循环后，比其他金属硫化物电极好很多。”

需要确认异质结构增强性能的机制。Chen表示，采用密度泛函理论(DFT)计算揭示了NiS2/FeS异质结构电池性能优异的原因。

“与纯NiS2和FeS相比，NiS2/FeS异质结构显示出最低的Na迁移能垒，证实了界面处最快的Na扩散。此外，NiS2/FeS显示出最高的吸附能，这意味着异质结构提供了最稳定的Na吸附，因此在重复充电/放电时提高了结构稳定性。此外，计算的总DOS(TDOS)表明NiS2/FeS异质结构在费米能级附近具有最大电荷密度，表明NiS2/FeS具有增强的导电性，”Chen说。

“正如DFT计算所示，NiS2/FeS异质结构显着增强了电导率、Na+的动力学扩散和结构稳定性，从而导致高可逆容量和优异的循环稳定性，这与实验结果非常吻合。”

研究人员还探索了合成后的NiS2/FeS的商业应用潜力。“我们通过使用Na3V2(PO4)3(NVP)作为阴极和NiS2/FeS作为阳极组装设备来研究全电池性能，”Chen说。“组装后的NVP||NiS2/FeS全电池表现出良好的电化学性能，具有良好的商业潜力。”

这项工作提供了一种有效的方法来设计具有异质结构的复合功能材料，用于具有改进性能的不同应用。