Spatially Confined “Edge‐to‐Edge” Strategy for Achieving Compact Na+/K+ Storage: Constructing Hetero‐Ni/Ni3S2 in Densified Carbons

材料科学 阳极 电极 化学工程 阴极 纳米颗粒 储能 碳纤维 纳米技术 复合材料 复合数 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学
作者
Zining Sun,Huanyu Liang,Huanlei Wang,Jing Shi,Minghua Huang,Jingwei Chen,Shuai Liu,Weiqian Tian,Haijie Cao,Zhi Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (32) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/adfm.202203291
摘要

Abstract Transition metal sulfides (TMS) are considered as promising anodes for sodium/potassium ion batteries (SIBs/PIBs), and compositing TMS with conductive nanocarbons is an effective mitigation for improving rate performance and cycling stability. However, such a coupling strategy often decreases the tap density and therefore the volumetric energy of electrode. To achieve fast electron/ion transport and high volumetric capacity simultaneously, herein, a compact nanostructure with hetero Ni‐Ni 3 S 2 nanoparticles embedded in a densified S‐doped carbon matrix (Ni‐Ni 3 S 2 @SC) is constructed via a spatially confined “edge‐to‐edge” strategy. Experimental and theoretical results confirm that the carbon matrix and metallic Ni nanoparticles provide fast electron transport pathways at two scales, while the abundant heterojunctions with strong electric fields promote the ion migration and Na/K adsorption. As an anode in SIBs/PIBs, the Ni‐Ni 3 S 2 @SC exhibits superior rate capability (289/197 mA h g −1 at 2 A g −1 ), stable cycling performance (88.1/86.2% capacity retention after 100 cycles), and exceptional volumetric capacity (1048/850 mAh cm −3 at 0.05 A g −1 ). The impressive energy‐power characteristics for Ni‐Ni 3 S 2 @SC anode are further confirmed in full cell batteries and hybrid capacitors. The reported spatially confined “edge‐to‐edge” strategy might be adapted to the construction of various binary and/or ternary metal sulfide dense electrodes for advanced energy storage devices.
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