Iron Oxide–Iron Sulfide Hybrid Nanosheets as High-Performance Conversion-Type Anodes for Sodium-Ion Batteries

材料科学 阳极 硫化物 纳米片 氧化铁 氧化物 硫化铁 法拉第效率 化学工程 无机化学 电化学 电极 冶金 纳米技术 化学 硫黄 物理化学 工程类
作者
Saúl Rubio,Rudi Ruben Maça,Gregorio F. Ortiz,C. Vicente,Pedro Lavela,Vinodkumar Etacheri,José L. Tirado
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (11): 10765-10775 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsaem.0c01814
摘要

Commercialization of Na-ion batteries is hindered by the shortage of abundant and environmentally benign electrode materials with high electrochemical performance. Most of the high-capacity alloying- and conversion-type anodes face rapid capacity loss during prolonged cycling. Herein, we report superior Na-ion storage performance of iron oxide–iron sulfide hybrid nanosheet anodes. Composite anodes containing Fe2O3–FeS and Fe3O4–FeS hybrid nanosheets demonstrated high specific capacities of 487 and 364 mA h g–1, respectively, at a 0.1C rate. These electrodes also exhibited excellent cycling performance, maintaining 330 mA h g–1 after 50 galvanostatic cycles at a 1C rate with ∼100% coulombic efficiency. Mechanistic investigations revealed a high degree of pseudocapacitive-type Na-ion storage (up to ∼65%) in these iron oxide–iron sulfide hybrid nanosheet anodes. Spectroscopic studies confirmed the complete disappearance of the starting oxide and sulfide structures. 57Fe Mössbauer spectroscopy confirmed Na-ion storage through the conversion reaction of iron oxide–iron sulfide hybrid anodes. Excellent Na-ion storing performance in these hybrid anodes compared with that of previously investigated iron sulfide- and iron oxide-based electrodes is accredited to the enhanced pseudocapacitive Na-ion diffusion caused by the two-dimensional microstructure, high surface area, and crystal mismatch between the iron oxide–iron sulfide nanograins of the hierarchical nanosheets.
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