Cubic Spinel XIn2S4 (X = Fe, Co, Mn): A New Type of Anode Material for Superfast and Ultrastable Na‐Ion Storage

材料科学 尖晶石 阳极 电化学 双金属片 八面体 氧化还原 化学工程 电化学动力学 离子 扩散 电极 冶金 纳米技术 物理化学 热力学 化学 物理 工程类 有机化学 金属
作者
Dongliang Yan,Ke Li,Yaping Yan,Shaozhuan Huang,Yew Von Lim,Yang Shang,Daliang Fang,L. K. Ang,Hui Ying Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (44) 被引量:41
标识
DOI:10.1002/aenm.202102137
摘要

Abstract Bimetallic sulfides are prospective candidates as Na‐ion battery (NIB) anodes owing to their abundant redox active sites and high specific capacities, while the rate and cycling performances are limited due to their severe mechanical strain and sluggish reaction kinetics. Herein, for the first time, a series of cubic spinel XIn 2 S 4 (X = Fe, Co, Mn) anodes is proposed for superfast and ultrastable Na‐ion storage. The FeIn 2 S 4 delivers the best electrochemical performance among them with the amazing results especially for its superfast charging (9–13 s per charge with ≈300 mAh g −1 input) and ultrastable cycling capabilities (25 K cycles with ultralow 0.000801% capacity loss per cycle). Further density functional theory calculations and experimental results indicate that Fe substitution at tetrahedral sites of cubic spinel In 2.77 S 4 can significantly enhance its electrical conductivity, Na‐ion binding kinetics, and pseudocapacitive contributions, reduce its Na‐ion diffusion barrier, and relieve its mechanical strain. Moreover, the inherent In skeleton at octahedral sites can induce a complementary reaction to stabilize the conversion‐type Fe‐based components. Furthermore, the FeIn 2 S 4 ‐based full cells with excellent electrochemical performance are assembled. This work demonstrates the feasibility of enhancing the synergies within bimetallic sulfides to realize remarkable electrochemical performance.
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