Morfología doble de Co9S8 recubierto por carbono codopado con N, S como materiales de ánodo eficientes para baterías de iones de sodio

Introducción

Con el rápido desarrollo de los sistemas de reserva de energía en vehículos eléctricos y productos electrónicos portátiles, las baterías de iones de sodio (SIB) se han convertido en un fuerte competidor de las baterías de iones de litio (LIB), debido al comportamiento de carga-descarga similar a las LIB, bajo costo y vastas reservas naturales [1, 2, 3]. Y el potencial electroquímico del Na (-2,71 V frente al electrodo de hidrógeno estándar, SHE) es mayor que el de Li (-2,04 V) con 330 mV, lo que hace que los SIB puedan satisfacer las demandas de almacenamiento de energía a gran escala [4,5, 6]. Sin embargo, el desafío más importante en los SIB es la expansión de gran volumen durante el proceso de sodiación originada por la gran deformación derivada del radio mayor de Na ⁺ (1.02 Å) que Li ⁺ (0,76 Å) [7, 8]. Esto dará como resultado una severa pulverización y exfoliación de los materiales activos de la hoja de cobre y conducirá además a un rendimiento de ciclo deficiente. Por lo tanto, el diseño racional de los materiales del ánodo es una preocupación inminente.

Se ha informado de diversos materiales de ánodos por su alta capacidad teórica, como sulfuros de metales de transición (TMS) [9,10,11,12,13,14], óxidos de metales de transición (TMO) [15,16,17,18 ], fosfuros [19,20,21,22] y compuestos de carbono [23,24,25,26]. Entre ellos, los EM basados ​​en cobalto (como CoS, CoS ₂ , Co ₃ S ₄ y Co ₉ S ₈ ) han atraído gran atención por su conductividad casi metálica y su fácil accesibilidad [27,28,29]. Específicamente, Co ₉ cúbico S ₈ Llama mucho la atención por su gran termoestabilidad. Desafortunadamente, todavía se ve obstaculizado por la gran variación de volumen, Na ⁺ lento tasa de difusión y mala conductividad [30,31,32]. Se han realizado grandes esfuerzos para solucionar las deficiencias de Co ₉ S ₈ .

Hasta ahora, la mayoría de los estudios también se han centrado en el diseño de nuevos materiales de carbono con heteroátomos (N, P, S, B) dopados, como estructuras tipo sándwich con N, S-dopado RG O [33, 34], NC como nanoflore. / CoS 2 [35], Co ₉ S ₈ recubiertos con nanoesferas de carbono dopadas con N [36, 37] y nanofibras dopadas con N, S [38, 39]. El revestimiento de carbono no solo puede mejorar la conductividad de los TMS, sino que también puede aliviar la tensión derivada de la expansión de volumen. En particular, con el dopaje de heteroátomos, la estructura electrónica del carbono se puede modificar para mejorar las propiedades físicas y químicas generando defectos extrínsecos, expandiendo la distancia entre capas y ofreciendo una ruta adicional de transferencia de electrones cuando los heteroátomos están enlazados con átomos de carbono [40,41, 42,43,44].

Aquí, sintetizamos la morfología doble de Co ₉ S ₈ , que contiene nanofibras y nanoesferas huecas, ambas recubiertas con carbono codopado con N, S (indicado como Co ₉ S ₈ @NSC), para SIB altamente estables. La estructura similar a una nanofibra proporciona un transporte continuo de electrones de largo alcance, mientras que las nanoesferas huecas mejoran la infiltración de electrolitos. La capa de carbono codopado con N, S puede proporcionar más electrones libres, lo que beneficia la adsorción de Na ⁺ en la superficie y mejorar la conductividad integral. Debido a la dureza del recubrimiento de carbono y la red 3D, la variación de volumen durante la inserción / extracción de iones de sodio puede aliviarse bien desde el nivel atómico y 3D. Y la alta área de superficie específica puede mejorar la capacidad de contribución de pseudocapacidad, lo que lleva a un excelente rendimiento de velocidad. Como resultado, los SIB con Co ₉ S ₈ @NSC puede ofrecer una capacidad de retención estable de 318 mA h g ⁻¹ después de 800 ciclos a 1 A g ⁻¹ con la eficiencia culómbica de ~ 100%, lo que lo convierte en un ánodo prometedor para SIB a gran escala.

Métodos experimentales

Síntesis de Co ₉ S ₈ @NSC

En un proceso típico, los compuestos se prepararon mediante electrohilado coaxial siguiendo el método de alcohol térmico y carbonización.

Preparación de nanofibras electrohiladas

Se agitaron 0,74 g de PAN (Sigma-Aldrich, PM =150.000) y 9 ml de DMF durante la noche para formar la solución exterior homogénea, mientras que 1,8 g de acetilacetonato de cobalto (II) (Co (acac) ₂ , Aladdin, pureza ≥ 99%) y 0,74 g de PAN (Macklin, PM =150000) se mezclaron con 9 ml de DMF y se agitaron al mismo tiempo que la solución interior de color rojo oscuro. Luego, los dos tipos de soluciones se llevaron a cabo mediante electrohilado coaxial (tamaño de la aguja:interior 17 G, exterior:22 G). La distancia entre la aguja y el colector de lámina de Al fue de 15 cm y la temperatura de condición se mantuvo a 65 ° C. Luego, se aplicó potencial eléctrico a 15 kV con caudal de dos jeringas ambas a 1,5 ml h ⁻¹ . Las fibras precursoras finales se secaron a 60 ° C al vacío durante 24 h.

Sulfuración y carbonización

Las nanofibras obtenidas se mezclaron en primer lugar con 50 ml de etanol que contenía tioacetamida (TAA, Aladdin, pureza ≥ 99%) en un autoclave de acero inoxidable revestido de teflón 100 ml a 120 ° C durante 6 h por método solvotermal. El producto final se obtuvo carbonizando a 700 ° C durante 1 h con una velocidad de calentamiento de 5 ° C min ⁻¹ y refrescarse de forma natural. A modo de comparación, también se preparó una muestra sin cobalto (carbono codopado con N, S, denotado como NSC) utilizando el mismo método mencionado anteriormente sin agregar Co (acac) ₂ .

Caracterización estructural

La morfología y estructura del Co ₉ S ₈ @NSC se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido (SEM, ZEISS Gemini 500) y microscopía electrónica de transmisión (TEM, JEM-2100HR). Se realizó una prueba de análisis de gravedad térmica (TGA) para evaluar el contenido de Co ₉ S ₈ por Netzsch STA449. Las estructuras cristalinas y los análisis del estado de valencia de la superficie se detectaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS, ESCALAB 250Xi), difracción de rayos X en polvo (XRD, Bruker D8 Advance) y espectros Raman. El área de superficie específica y la distribución del tamaño de los poros se registraron con el instrumento de análisis Brunauer-Emmett-Teller (BET, Micromeritics ASAP-2020).

Mediciones electroquímicas

Las pastas se obtuvieron mezclando materiales activos, poli (fluoruro de vinilideno) (PVDF) y Super P (relación en peso de 8:1:1) con N-metilpirrolidona (NMP). A continuación, se preparó el electrodo de trabajo revistiendo las lechadas uniformemente sobre una hoja de cobre precortada (12 mm de diámetro) y se secó a 60ºC en aire y vacío durante la noche, respectivamente. Las pilas de botón tipo CR2032 se ensamblaron con sodio metálico como electrodo de referencia, membrana de fibra de vidrio como separador y la hoja de cobre preparada como ánodo. El electrolito era NaClO ₄ 1 M en EC / DMC (EC:DMC =1:1, en volumen) con 5.0% FEC. Todos los procedimientos de montaje se llevaron a cabo en una guantera llena de Ar (O ₂ <0,1 ppm, H ₂ O <0,1 ppm). Los resultados de la voltamperometría cíclica (CV) y la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) se obtuvieron de una estación de trabajo electroquímica (CHI660E, Shanghai Chen Hua Instruments Ltd). Y las pruebas de carga y descarga galvanostática se realizaron en un sistema de prueba de batería NEWARE.

Resultados y discusión

El proceso de síntesis de Co ₉ S ₈ @NSC se ilustra en el archivo adicional 1:Esquema S1, que incluye electrohilado coaxial, sulfuración solvotermal y carbonización. La cristalinidad del Co ₉ S ₈ @NSC y NSC después de esos procedimientos se muestra en la Fig. 1a. La curva XRD de Co ₉ S ₈ @NSC muestra picos de difracción característicos típicos de acuerdo con el Co ₉ cúbico S ₈ fase (JCPDS no. 86-2273), mientras que NSC solo exhibe picos de carbono duro. El pico ancho a 24,8 ° corresponde al plano (111) del carbono amorfo. Sorprendentemente, es más bajo que el valor estándar de 26,6 °, lo que indica una distancia entre capas expandida y una grafitización más baja derivada de los sitios codopados con N, S en el carbono [41]. Los espectros Raman (Fig. 1b) también confirman la existencia y composición de carbono en los compuestos. Co ₉ S ₈ @NSC y NSC exhiben dos picos obvios de 1308 cm ⁻¹ y 1513 cm ⁻¹ , que representan la banda D y la banda G de carbono, respectivamente. Además, Co ₉ S ₈ @NSC posee un pico típico débil ubicado a 671 cm ⁻¹ , correspondiente al Co ₉ S ₈ . En detalle, la banda D se atribuye a los defectos de estructura del carbono amorfo, mientras que la banda G se debe a la E _2g modo de vibración de Sp ² enlace entre átomos de carbono grafítico [45]. La I _{D un poco más grande} / I _G de Co ₉ S ₈ @NSC (1.31) que NSC (1.14) indica que existen más defectos en los compuestos, como resultado del dopaje N y el dopaje S.

un Difracción de rayos X (XRD) de Co ₉ S ₈ @NSC y NSC. b Espectros Raman de Co ₉ S ₈ @NSC y NSC. c TG de Co ₉ S ₈ @NSC. d N ₂ isotermas de adsorción y desorción de Co ₉ S ₈ @NSC y NSC

La proporción de peso de Co ₉ S ₈ se mide mediante análisis termogravimétrico (TGA) como se muestra en la Fig. 1c. Después de calentar a 700 ° C en aire con 10 ° C min ⁻¹ , la reacción de varios pasos está involucrada con el producto final como Co ₃ O ₄ , que se puede atribuir a:(1) la evaporación de trazas de agua (por debajo de 100 ° C), (2) la oxidación de Co ₉ S ₈ a CoSO _x (de 200 a 400 ° C), y (3) la descomposición del carbono y la oxidación continua de CoSO _x (por encima de 400 ° C). Según estas reacciones, el contenido de Co ₉ S ₈ en los compuestos se calcula como 40,1%. Co ₉ S ₈ @NSC exhibe curvas típicas de isotermas de tipo IV, que indican la estructura mesoporosa, mientras que el NSC es microporoso (Fig. 1d). El área de superficie específica de Co ₉ S ₈ @NSC (122,5 m ² g ⁻¹ ) es mucho más grande que NSC (4,1 m ² g ⁻¹ ), que puede beneficiar la infiltración de electrolitos para una rápida inserción / extracción de Na ⁺ y remitir el cambio de volumen severo. Los poros de Co ₉ S ₈ @NSC con un tamaño promedio de 8,6 nm (que se muestra en el archivo adicional 1:Figura S1) se derivan de la pirólisis de grupos químicos de poliacrilonitrilo, disolución de Co (acac) ₂ de las nanofibras y la formación de Co ₉ hueco S ₈ nanoesferas.

La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) se realiza para identificar la composición química de Co ₉ S ₈ @NSC. Las señales en el espectro de levantamiento concuerdan con cinco elementos de C, N, O, S y Co en la Fig. 2a. La presencia de O debe deberse a la exposición de la muestra al aire con algo de oxígeno adsorbido en la superficie. El espectro de alta resolución de C 1s (Fig.2b) muestra cuatro picos, que se encuentran en 284,6 eV (CC / C =C), 285,0 eV (CN), 285,8 eV (CS) y 288,6 eV (C =N ) [46]. El espectro de Co 2p se muestra en la Fig. 2c. Los picos ubicados en 786,1 eV y 803 eV se pueden ajustar a los picos de satélite de Co 2p _3/2 y Co 2p _1/2 , respectivamente. Además, los picos de 778,5 eV y 793,6 eV y otros dos picos de 781,4 eV y 797,2 eV pertenecen a Co ²⁺ y Co ³⁺ , respectivamente [36]. Además, el espectro S 2p (Fig. 2d) encaja en cuatro picos, que constan de 162,45 eV (S-Co), 163,7 eV (S-C), 165 eV (S-C) y 168,2 eV (sulfato) [47]. Y los espectros N 1s (archivo adicional 1:Figura S2) contienen tres picos a 398,4 eV, 400,1 eV y 401,0 eV, que corresponden a N piridínico, N pirrólico y N grafítico, respectivamente [48]. En comparación con los materiales de carbono solos, la introducción de sitios de carbono codopados con N, S puede proporcionar más electrones libres, lo que beneficia la adsorción de Na ⁺ en la superficie y mejora la conductividad integral [41]. Los resultados de todos los espectros XPS confirman la presencia de codopaje N, S en Co ₉ S ₈ @NSC.

un Espectro de levantamiento XPS. b C 1s. c Co 2p y d S 2p de Co ₉ S ₈ @NSC

Las interesantes morfologías y estructuras internas detalladas de Co ₉ S ₈ @NSC y NSC se miden mediante SEM y TEM. La Figura 3a – c muestra el Co ₉ S ₈ @NSC consta de dos tipos de estructura que incluyen nanoesferas huecas y nanofibras. Estas nanofibras están compuestas por carbonización de fibras PAN. La formación de nanoesferas adheridas a las nanofibras puede atribuirse a la descomposición y sulfuración del Co (acac) ₂ que se disolvió del interior de las fibras de electrohilado de PAN. Y los compuestos poseen la superficie claramente gruesa, que puede mejorar la humectabilidad del electrolito. Archivo adicional 1:Figura S3a-c muestra la morfología NSC con sólo nanofibras lisas cementadas entre sí sin nanoesferas, lo que puede deberse a la ausencia de compuestos a base de Co y fusión de nanofibras PAN en el proceso de carbonización. La composición elemental se confirma mediante el mapeo EDS (archivo adicional 1:Figura S4), con elementos C, N, Co y S distribuidos uniformemente en los compuestos. Y esto demuestra aún más el éxito del dopaje del elemento N, S.

un - c SEM y d - f TEM de Co ₉ S ₈ @NSC con diferentes aumentos. (El recuadro de ( f ) es el SAED de Co ₉ S ₈ @NSC.)

Como se muestra en la Fig. 3d – f, las imágenes TEM revelan los detalles internos de las morfologías de Co ₉ S ₈ @NSC. Las figuras 3d y e muestran el Co ₉ S ₈ Las nanopartículas están incrustadas en nanofibras de carbono y nanoesferas huecas, lo que confirma el punto propuesto anteriormente sobre la formación de las nanoesferas huecas. La Figura 3f revela la distancia interplanar de 0.308 nm, que coincide bien con los planos (311) de Co ₉ S ₈ , mientras que el NSC en el archivo adicional 1:Figura S3d – f manifiesta el carácter tradicional del carbono duro. Co ₉ S ₈ las nanopartículas con un tamaño por debajo de 50 nm se distribuyen uniformemente en el material compuesto, y el espesor de la capa de revestimiento de carbono se mide entre 3 y 5 nm (Fig. 3f). Debido a la superficie rugosa, la estructura hueca y el recubrimiento de carbón, la pulverización y exfoliación severas de los materiales activos que resultan de la variación de volumen podrían aliviarse de manera efectiva.

Para investigar el rendimiento electroquímico de Co ₉ S ₈ @NSC, las pilas de botón tipo 2032 se ensamblan para pruebas electroquímicas. Como se muestra en la Fig. 4a, las curvas CV de Co ₉ S ₈ @NSC registra los cinco ciclos iniciales a una velocidad de exploración de 0,1 mV s ⁻¹ . El primer ciclo es muy diferente de los ciclos posteriores con un pico amplio a 0,476 V en barrido catódico, que se asigna a la formación de una película de interfaz de electrolitos sólidos (SEI), intercalación irreversible de Na ⁺ y la conversión gradual de Co ₉ S ₈ a Co y Na ₂ S [49]. En el primer barrido anódico, dos picos de oxidación de 0.375 V y 1.682 V se pueden atribuir a la reacción de varios pasos del Co a CoS _x [36]. Las siguientes curvas CV de Co ₉ S ₈ @NSC se superponen gradualmente, lo que indica la alta reversibilidad electroquímica. A modo de comparación, las curvas CV de NSC en el archivo adicional 1:la Figura S5a muestra los picos característicos típicos de carbono, que representa la adsorción e inserción de Na ⁺ en nanofibras de carbono. Figura 4b y archivo adicional 1:La figura S5b muestra las curvas de carga / descarga para diferentes ciclos de Co ₉ S ₈ @NSC y NSC con la eficiencia culómbica inicial (CE) de 54,1% y 28,3%, respectivamente. La CE relativamente baja se debe a la formación irreversible de película SEI y al consumo de electrolitos [7]. Las curvas de estas dos muestras manifiestan una plataforma de voltaje distintiva de Co ₉ S ₈ y carbono, que están de acuerdo con los resultados de las pruebas de CV (Fig. 4a y archivo adicional 1:Figura S5a).

Curvas CV ( a ) y perfiles de carga-descarga ( b ) con diferentes ciclos de Co ₉ S ₈ @NSC. Capacidad de tasa ( c ) y rendimiento ciclista ( d ) de Co ₉ S ₈ @NSC en comparación con NSC

El rendimiento de la tasa se muestra en la Fig. 4c. La capacidad de Co ₉ S ₈ @NSC puede alcanzar 226 mAh g ⁻¹ a 5 A g ⁻¹ , mientras que NSC solo puede mantener 21 mAh g ⁻¹ . Y luego, cuando la densidad de corriente se recupere a 100 mAh g ⁻¹ , la capacidad se puede devolver a 440 mAh g ⁻¹ . La Figura 4d muestra el rendimiento cíclico de Co ₉ S ₈ @NSC. Las capacidades de descarga de Co ₉ S ₈ @NSC mantener a 423 mAh g ⁻¹ a 200 mA g ⁻¹ y 318 mAh g ⁻¹ a 1 A g ⁻¹ después de 800 ciclos con una eficiencia culómbica inicial de 42,3% y 37,4%, respectivamente. Esto se puede explicar por la transformación del mecanismo de reacción de la intercalación / desintercalación a baja densidad de corriente a la adsorción / desorción de Na ⁺ a alta densidad de corriente [2]. Aparentemente, las capacidades de Co ₉ S ₈ @NSC son todos más altos que los de NSC, lo que se debe a los sitios más activos derivados de Co ₉ S ₈ y codopaje N, S. Además, la capacidad de retención del 87,4% a 200 mA g ⁻¹ y 83,1% a 1 A g ⁻¹ después de 800 ciclos indican el rendimiento cíclico estable y la reversibilidad de la reacción benigna del Co ₉ S ₈ @NSC.

Comprender las propiedades interfaciales y las resistencias internas del Co ₉ S ₈ @NSC y NSC, se han realizado espectros de impedancia electroquímica (EIS). Como se presenta en el archivo adicional 1:Figura S6a, los gráficos de Nyquist de Co ₉ S ₈ @NSC después de diferentes ciclos muestra semicírculos típicos en la región de alta frecuencia (resistencia de transferencia de carga, R _ct ) y una línea oblicua en la región de baja frecuencia (resistencia de Warburg, W ). Antes del ciclo inicial, la R más grande _ct (aproximadamente 1600 Ω) de Co ₉ S ₈ @NSC es causado por una infiltración insuficiente de electrolito. Después de 5 ciclos, la R _ct se vuelve muy pequeño como 153 Ω para la formación de una película SEI y el contacto con el electrolito. Además, la disminución de la R _ct también se puede atribuir al proceso de activación del Co ₉ S ₈ Interfaz del electrodo @NSC. Después de 10 ciclos, casi mantiene el mismo valor, lo que indica la excelente estabilidad. A modo de comparación, la EIS de NSC también se investiga en el archivo adicional 1:Figura S6b-e. La R inicial _ct de NSC es menor que Co ₉ S ₈ @NSC, que indica la mayor electroconductividad de NSC. A medida que avanza el ciclo, la R _ct de Co ₉ S ₈ @NSC se vuelve gradualmente más pequeño que el de NSC, debido a la mayor área de superficie específica y suficiente infiltración de electrolito. Estos resultados mencionados anteriormente respaldan el rendimiento cíclico y de frecuencia benigno de Co ₉ S ₈ @NSC.

Para obtener más información sobre la electroquímica del Co ₉ S ₈ @ Electrodo NSC, se realiza un análisis cinético. Las curvas CV a diferentes velocidades de barrido de 0,1 a 0,9 mV s ⁻¹ se recogen y se muestran en la Fig. 5a. Variando de la difusión iónica común, la corriente máxima ( I , mA) no es completamente lineal dependiente de v ^1/2 ( v es la velocidad de escaneo, mV s ⁻¹ ), lo que indica la coexistencia de conductas farádicas y no farádicas [35, 50]. Y los resultados se pueden verificar mediante la relación entre log ( I ) y log ( v ), según la ecuación de log ( I ) = b log ( v ) + registro ( a ). Cuando el valor de b alcanza 0,5 o 1, indica que el mecanismo de reacción está totalmente controlado por difusión iónica o comportamiento capacitivo, respectivamente [51, 52]. Como se muestra en la Fig. 5b, los valores calculados de b son 0,7518 (pico catódico) y 0,7792 (pico anódico), lo que significa un comportamiento más capacitivo.

un Curvas CV de Co ₉ S ₈ @NSC a varias velocidades de escaneo. b La relación lineal entre log ( v ) y log ( I ). c Contribución capacitiva (rojo) en curva CV. d Relación de contribución de la capacidad capacitiva a diferentes velocidades de escaneo

Además, la contribución del comportamiento capacitivo se puede obtener de la ecuación: i (V) = k ₁ v + k ₂ v ^1/2 [42], donde i (V) es la corriente a un voltaje fijo, v es la velocidad de barrido y k ₁ v y k ₂ v ^1/2 representan la capacidad capacitiva y la capacidad de difusión de iones, respectivamente. Cuando la velocidad de barrido es de 0,5 mV s ⁻¹ , la relación de contribución de la capacidad capacitiva alcanza el 69,2% (Fig. 5c). Para diferentes velocidades de barrido, la Fig. 5d ilustra una tendencia obvia de la relación de capacidad capacitiva que aumenta con la velocidad de barrido de 0,1 a 0,9 mV s ⁻¹ . La contribución capacitiva creciente se puede atribuir a un área específica alta y sitios activos abundantes, que además pueden ser responsables del excelente desempeño de la tasa de Co ₉ S ₈ @ Electrodo NSC. Todos estos resultados revelan una cinética rápida de Co ₉ S ₈ @NSC que resultó del efecto capacitivo.

Según la Fig. 5a, el Na ⁺ coeficientes de difusión ( D _{Na +} ) se puede estimar a partir del pico de corriente más fuerte ( I _p ) y tasas de barrido ( v ) por la ecuación de Randles-Sevick [32]:

$$ {I} _p =2.69 \ times {10} ^ 5 {n} ^ {3/2} A {D} _ {Na +} ^ {1/2} {v} ^ {1/2} C $$

donde n , A y C representar el número de electrones transferidos en el proceso de Na ⁺ intercalación / desintercalación, el área de la superficie y la concentración molar de Na ⁺ , respectivamente. La D _{Na +} de Co ₉ S ₈ @NSC es proporcional a la pendiente de las relaciones lineales entre I _p y v ^1/2 (Archivo adicional 1:Figura S7). Como resultado, los valores de pendiente del pico anódico y el pico catódico de Co ₉ S ₈ @NSC son mucho más positivos y negativos que los de NSC, respectivamente, lo que significa que la D _{Na +} de Co ₉ S ₈ @NSC es mucho más alto que NSC en el proceso de Na ⁺ intercalación / desintercalación. En detalle, se puede atribuir a una infiltración favorable de electrolitos y sitios activos muy expuestos derivados de la mayor superficie específica de Co ₉ S ₈ @NSC.

Conclusiones

En resumen, una nueva morfología doble de Co ₉ S ₈ , que contiene nanoesferas huecas y nanofibras, con revestimiento N, S, una capa de carbono codopado se ha sintetizado con éxito mediante electrohilado coaxial después de la sulfuración por el método solvotermal y la carbonización. Debido a la mayor superficie específica y al recubrimiento de carbono, el Co ₉ S ₈ @NSC puede adaptarse al cambio de volumen durante el proceso de carga / descarga. De manera más uniforme, los sitios activos derivados de Co ₉ S ₈ y la posición codopada con N, S no solo puede entrar en contacto con mucho más electrolito, sino que también puede acelerar la difusión de Na ⁺ y reacción reversible entre Na ⁺ y Co ₉ S ₈ @NSC. Cuando se aplica como materiales de ánodo, Co ₉ S ₈ @NSC puede ofrecer una alta capacidad específica reversible de 318 mAh g ⁻¹ después de 800 ciclos a 1 A g ⁻¹ con las eficiencias culómbicas permaneciendo casi al 100%, mientras que la gran superficie y los abundantes sitios codopados con N, S pueden conducir a una excelente capacidad de tasa. El estudio ofrece más posibilidades de sulfuros de cobalto en el diseño de materiales de ánodos eficaces para SIB.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los datos utilizados en este manuscrito están disponibles a pedido.

Abreviaturas

APUESTA:

Análisis de Brunauer-Emmett-Teller

CE:

Eficiencia coulombica

Co (acac) ₂ :

Acetilacetonato de cobalto (II) hidrato

CV:

Voltamperometría cíclica

DMC:

Carbonato de dimetilo

EC:

Carbonato de etileno

EIS:

Espectroscopia de impedancia electroquímica

LIB:

Baterías de iones de litio

NSC:

Carbón codopado con N, S

SIB:

Baterías de iones de sodio

TGA:

Análisis de gravedad térmica

XRD:

Difracción de rayos X

Síntesis controlada por nanocanales de ultra alta eficiencia de dopaje de nitrógeno en catalizadores mesoporosos de Fe / N / C para la reacción de reducción de oxígeno Fabricación de microdiscos GeSn de alta calidad y relajados a la tensión mediante la integración de crecimiento epitaxial selectivo y métodos selectivos de grabado en húmedo