In Situ Anchoring Anion‐Rich and Multi‐Cavity NiS2 Nanoparticles on NCNTs for Advanced Magnesium‐Ion Batteries

材料科学 纳米颗粒 电负性 阴极 离子 碳纳米管 硫黄 纳米技术 化学工程 化学 冶金 物理化学 有机化学 工程类
作者
Zisen Ye,Ping Li,Wutao Wei,Chao Huang,Liwei Mi,Jinglai Zhang,Jiujun Zhang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (18) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/advs.202200067
摘要

Magnesium (Mg)-ion batteries with low cost and good safety characteristics has attracted a great deal of attention recently. However, the high polarity and the slow diffusion of Mg2+ in the cathode material limit the development of practical Mg cathode materials. In this paper, an anion-rich electrode material, NiS2 , and its composite with Ni-based carbon nanotubes (NiS2 /NCNTs) are explored as the cathode materials for Mg-ion batteries. These NiS2 /NCNTs with excellent Mg2+ storage property is synthesized by a simple in situ growth of NiS2 nanoparticles on NCNTs. NiS2 with both a large regular cavity structure and abundant sulfur-sulfur (SS) bonds with high electronegativity can provide a large number of active sites and unobstructed transport paths for the insertion-disinsertion of Mg2+ . With the aid of 3D NCNTs skeleton as the transport channel of the electron, the NiS2 /NCNTs exhibit a high capacity of 244.5 mAh g-1 at 50 mA g-1 and an outstanding rate performance (94.7 mAh g-1 at 1000 mA g-1 ). It achieves capacitance retention of 58% after 2000 cycles at 200 mA g-1 . Through theoretical density functional theory (DFT) calculations and a series of systematic ex situ characterizations, the magnesiation/demagnesiation mechanisms of NiS2 and NiS2 /NCNTs and are elucidated for fundamental understanding.

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