on powered-by="xiumi.us" style="text-align: justify; white-space: normal; width: auto; vertical-align: top; box-sizing: border-box; max-width: 100%;">Construction of Carbon-Coated Cobalt Sulfide Hybrid Networks Inter-Connected by Carbon Nanotubes for Performance-Enhanced Potassium-Ion Storage
Xuehao Zeng, Huigang Tong, Shi Chen, Jian Lu, Changlai Wang, Jinwei Tu, Pengcheng Wang, and Qianwang Chen*
Because of its high theoretical capacity, transition metal sulfides have always been regarded as promising anode materials for potassium-ion batteries. However, it is difficult for us to make use of transition metal sulfides due to their low conductivity, poor ionic diffusivity, sluggish reaction kinetics and severe volume expansion. Here, we developed a novel carbon-coated CoSx@CNT material with carbon nanotubes inter-connected (CCS@CNT), which shows an excellent potassium storage performance with a specific capacity of 550 mA·h·g?1 under the current of 50 mA·g?1 and 296 mA·h·g?1 at 1000 mA·g?1. The carbon layer can effectively alleviate volume expansion during charging and discharging process. And this special structure of inter-connected hybrid networks with CNTs greatly improves the electron transport, ion diffusion coefficient and reaction kinetics of the material.Carbon | Cobalt |Sulfur | Potassium-ion batteries | Inter-connected hybrid networks
借助碳納米管構建相互連接的雜化網絡結構增強硫化鈷的儲鉀性能作為與鋰同一主族的堿金屬鉀，兩者的物理化學性質相似，并且相較而言，鉀的儲量更豐富，這意味著低成本、高能量密度的鉀離子電池（PIBs）有可能在大規(guī)模儲能領域具有更好的應用前景，除此之外，PIBs還具有其他一些優(yōu)點，比如在電解液中具有較小的斯托克斯半徑，擁有更高離子遷移率和離子電導率，因此近些年來，關于鉀離子電池電極材料的研究工作引起了國內外相關領域研究者的密切關注。
目前，在鉀離子電池負極材料中，金屬硫化物由于其具有較高的比容量和豐富的來源，成為鉀離子電池大規(guī)模應用的理想負極材料，但是由于鉀離子半徑較大，易造成材料在充放電過程存在動力學遲緩、體積變化巨大以及循環(huán)穩(wěn)定性差等問題，導致金屬硫化物的容量優(yōu)勢沒有得到充分利用。因此，迫切需要尋找一種結構合適，既能發(fā)揮金屬硫化物理論比容量高的優(yōu)點，又能保持良好循環(huán)穩(wěn)定性的材料。
近日，中科大陳乾旺教授課題組報道了一種碳納米管串聯(lián)的鈷基沸石咪唑鹽骨架（ZIF67@CNT）衍生的具有雜化導電網絡結構的碳包覆硫化鈷材料 (CCS@CNT)作為鉀離子電池負極材料。由碳納米管構成的相互連接的雜化網絡提高了材料電子導電性和鉀離子擴散系數，改善了電極材料的反應動力學，使得硫化鈷能夠進行充分的反應，進而釋放出高比容量，展現出良好的倍率性能，在50 mA·g?1和1000 mA·g?1下分別呈現出550 mAh·g?1和296 mAh·g?1的比容量。同時，碳層可以緩沖材料在循環(huán)過程中的體積變化，對于保持結構穩(wěn)定、提升循環(huán)性能非常有幫助，在100 mA·g?1下循環(huán)400圈之后依舊可提供444 mAh·g?1的可逆比容量。這項工作為我們提供了一種通過將碳納米管與{attr}2240{/attr}化合物相串聯(lián)作為前驅體，進而獲得具有雜化導電網絡結構的碳包覆金屬硫化物復合材料的有效途徑，展現出了在儲能系統(tǒng)中應用過渡金屬硫化物作為鉀離子電池負極材料的前景。上述研究結果發(fā)表于Chin. J. Chem. 2022, 40, 1313—1320。該項工作得到了國家自然科學基金委的資助。
Left to Right: Pengcheng Wang, Huigang Tong, Xuehao Zeng, Qianwang Chen, Jinwei Tu, Changlai Wang, Shi Chen, Jian Lu陳乾旺教授簡介：http://fnl.ustc.edu.cn/biography-zh-cn/
