Turbostratic carbon-localised FeS2 nanocrystals as anodes for high-performance sodium-ion batteries

纳米晶 材料科学 离子 阳极 扩散 硫化物 纳米技术 碳纤维 金属 化学工程 复合材料 化学 物理化学 电极 冶金 热力学 物理 复合数 工程类 有机化学
作者
Yanyan Liu,Long Zhang,Di Liu,Wentao Hu,Xinlin Yan,Chuang Yu,Hong Zeng,Tongde Shen
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (33): 15497-15507 被引量:27
标识
DOI:10.1039/c9nr05594k
摘要

Low-cost metal sulfides are promising anode materials for sodium-ion batteries (SIBs); however, they suffer from sluggish kinetics and large volume expansion upon cycling. Here, a strategy to grow FeS2 on turbostratic carbon (t-carbon) assisted by chemical interactions between Fe and C electrons was realized via a simple and scalable mechanical alloying (MA) approach with a trace amount of CNTs. The structural change in CNTs synchronized with the in situ growth of FeS2 on the transformed t-carbon during the MA process, forming localised FeS2 nanocrystals wrapped in the frameworks of t-carbon. This intertwined structure within a grain consisted of chemical bonding by electronic hybridization between FeS2 and its adjacent carbon layer, resulting in enhanced structural stability upon cycling. Moreover, the localised FeS2 nanocrystals with an ultrasmall diameter of 10 nm encapsulated in the nanoframeworks of t-carbon could effectively shorten the diffusion paths of electrons/ions and withstand the volume expansion. The as-synthesized FeS2-C hybrid composite electrode exhibited a pseudocapacitive diffusion behavior with high specific capacity, good cycling stability, and remarkable rate capability. This strategy is a facile, scalable, and low-cost route toward high-performance metal sulfide anode materials for the commercial utilization of SIBs.
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