One-step construction of three-dimensional nickel sulfide-embedded carbon matrix for sodium-ion batteries and hybrid capacitors

材料科学 硫化镍 纳米颗粒 碳纤维 硫化物 储能 阳极 阴极 超级电容器 化学工程 冶金 纳米技术 电容 复合材料 电极 电气工程 复合数 物理化学 功率(物理) 物理 工程类 量子力学 化学
作者
Shengyang Li,Wei He,Ben Liu,Jingqin Cui,Xinghui Wang,Dong‐Liang Peng,Bin Liu,Baihua Qu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:25: 636-643 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2019.09.021
摘要

A three-dimensional design composing of porous carbon matrix (PCM) decorated with nickel sulfide nanoparticles (denoted as NiSx@PCM) was fabricated through a one-step hydrothermal process, and successfully utilized as an electrode material in high performance sodium-ion batteries (SIBs) and sodium-ion hybrid capacitors (SIHCs). The as-prepared NiSx@PCM delivered a high reversible capacity of 650 mAh g−1 over 200 cycles at 0.5 A g−1, outstanding rate capability (167 mAh g−1 at as high as 20 A g−1), and excellent cycle performance (300 mAh g−1 at 1 A g−1 after 800 cycles) in the SIBs. In addition, SIHCs based on NiSx@PCM composite anodes and commercial activated-carbon cathodes behaved carried remarkably high energy densities of 99.3 and 52.2 Wh kg−1 at power densities of 140 and 4480 W kg−1, respectively. The significantly high-performance enhancement should be attributed to the excellent electron/ion transports within the three-dimensional active material-carbon network during charging/discharging with the in-situ growth of the more conductive nickel sulfide nanoparticles throughout the porous carbon matrix. This work presents a facile method to synthesize three-dimensional carbon matrix incorporating metal sulfide nanoparticles, as well as suggests new insights into further advancing next-generation high energy-density/power-density energy storage units by combining the merits of both batteries and supercapacitors.
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