Controlled-Size Hollow Magnesium Sulfide Nanocrystals Anchored on Graphene for Advanced Lithium Storage

材料科学 石墨烯 氢气储存 锂(药物) 纳米技术 柯肯德尔效应 储能 电池(电) 纳米晶 化学工程 合金 冶金 功率(物理) 内分泌学 工程类 物理 医学 量子力学
作者
Baoping Zhang,Guanglin Xia,Wei Chen,Qinfen Gu,Dalin Sun,Xuebin Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (12): 12741-12750 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b07770
摘要

Magnesium sulfide (MgS), representative of alkaline-earth metal chalcogenides (AEMCs), is a potential conversion/alloy-type electrode material for lithium ion batteries (LIBs), by virtue of its low potential, high theoretical capacity, and abundant magnesium resource. However, the limited capacity utilization and inferior rate performance still hinder its practical application, and the progress is rather slow due to the challenging fabrication technique for MgS. Herein, we report a series of controlled-size hollow MgS nanocrystals (NCs) homogeneously distributed on graphene (MgS@G), fabricated through a metal hydride framework (MHF) strategy, and its application as advanced electrode material for LIBs. The hollow structure of MgS NCs is mainly attributed to the Kirkendall effect and the escape of hydrogen atoms from metal hydride during sulfuration. The as-synthesized MgS@G demonstrates robust nanoarchitecture and admirable interactions, which ensure a spatially confined lithiation/delithiation process, optimize the dynamics of two-steps conversion/alloying reactions, and induce a synergetic pseudocapacitive storage contribution. As a result, a representative MgS@G composite delivers a largely enhanced capacity of >1208 mAh g-1 at a current density of 100 mA g-1 and a long-term cycle stability at a high current density of 5 A g-1 with a capacity of 838 mAh g-1 over 3000 cycles, indicating well-sustained structural integrity. This work presents an effective route toward the development of high-performance magnesium-based material for energy storage.
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