Double morphologie du Co9S8 revêtu de carbone co-dopé N, S en tant que matériaux d'anode efficaces pour les batteries sodium-ion

Introduction

Avec le développement rapide des systèmes de réserve de marche dans les véhicules électriques et les produits électroniques portables, les batteries sodium-ion (SIB) sont devenues un concurrent sérieux des batteries lithium-ion (LIB), en raison du comportement de charge-décharge similaire aux LIB, à faible coût , et de vastes réserves naturelles [1,2,3]. Et le potentiel électrochimique du Na (− 2,71 V par rapport à l'électrode à hydrogène standard, SHE) est supérieur à celui du Li (− 3,04 V) avec 330 mV, ce qui permet aux SIB de répondre aux demandes de stockage d'énergie à grande échelle [4,5, 6]. Cependant, le défi le plus important dans les SIB est la grande expansion de volume pendant le processus de sodiation provenant de la grande contrainte dérivée du plus grand rayon de Na ⁺ (1.02 Å) que Li ⁺ (0,76 Å) [7, 8]. Cela entraînera une pulvérisation et une exfoliation sévères des matières actives de la feuille de cuivre et conduira en outre à de mauvaises performances de cyclage. Par conséquent, la conception rationnelle des matériaux d'anode est une préoccupation imminente.

Divers matériaux d'anode ont été rapportés pour leur capacité théorique élevée, tels que les sulfures de métaux de transition (TMS) [9,10,11,12,13,14], les oxydes de métaux de transition (TMO) [15,16,17,18 ], les phosphures [19,20,21,22] et les composites de carbone [23,24,25,26]. Parmi eux, les MS à base de cobalt (tels que CoS, CoS₂ , Co₃ S₄ , et Co₉ S₈ ) ont attiré une grande attention pour sa conductivité quasi métallique et sa facilité d'accès [27,28,29]. Plus précisément, le Co₉ cubique S₈ attire beaucoup d'attention pour sa grande thermostabilité. Malheureusement, il est toujours entravé par la variation de volume sévère, lente Na ⁺ vitesse de diffusion et mauvaise conductivité [30,31,32]. De gros efforts ont été faits pour gérer les lacunes de Co₉ S₈ .

Jusqu'à présent, la plupart des études se sont également concentrées sur la conception de nouveaux matériaux de carbone avec des hétéroatomes (N, P, S, B) dopés, tels que des structures de type sandwich avec N, S-dopé RG O[33, 34], nanoflower-like NC /CoS 2[35], Co₉ S₈ recouvertes de nanosphères de carbone dopées N [36, 37] et de nanofibres dopées N, S [38, 39]. Le revêtement en carbone peut non seulement améliorer la conductivité des TMS, mais également atténuer les contraintes résultant de l'expansion du volume. En particulier, avec le dopage par hétéroatome, la structure électronique du carbone peut être modifiée pour améliorer les propriétés physiques et chimiques en générant des défauts extrinsèques, en augmentant la distance intercouche et en offrant une voie de transfert d'électrons supplémentaire lorsque les hétéroatomes sont liés à des atomes de carbone [40,41, 42,43,44].

Ici, nous synthétisons la double morphologie de Co₉ S₈ , contenant des nanofibres et des nanosphères creuses, toutes deux recouvertes de carbone co-dopé N, S (noté Co₉ S₈ @NSC), pour les SIB hautement stables. La structure de type nanofibre fournit un transport d'électrons continu à longue distance, tandis que les nanosphères creuses améliorent l'infiltration de l'électrolyte. La couche de carbone co-dopé N, S peut fournir plus d'électrons libres, ce qui profite à l'adsorption de Na ⁺ sur la surface et améliore la conductivité intégrale. En raison de la dureté du revêtement de carbone et du réseau 3D, la variation de volume lors de l'insertion/extraction des ions sodium peut être bien atténuée au niveau atomique et 3D. Et la surface spécifique élevée peut améliorer la capacité de contribution de pseudo-capacité, conduisant à d'excellentes performances de débit. En conséquence, les SIB avec Co₉ S₈ @NSC peut fournir une rétention de capacité stable de 318 mA h g ⁻¹ après 800 cycles à 1 A g ⁻¹ avec une efficacité coulombienne d'environ 100 %, ce qui en fait une anode prometteuse pour les SIB à grande échelle.

Méthodes expérimentales

Synthèse de Co₉ S₈ @NSC

Dans un processus typique, les composites ont été préparés par électrofilage coaxial suivant la méthode thermique à l'alcool et la carbonisation.

Préparation de nanofibres électrofilées

0,74  g de PAN (Sigma-Aldrich, MW =150 000) et 9 ml de DMF ont été agités pendant une nuit pour former la solution externe homogène, tandis que 1,8  g d'acétylacétonate de cobalt (II) (Co(acac)₂ , Aladdin, pureté 99%) et 0,74  g de PAN (Macklin, PM =150000) ont été mélangés avec 9 ml de DMF et agités en même temps que la solution interne rouge foncé. Ensuite, les deux types de solutions ont été réalisées par électrofilage coaxial (taille d'aiguille :interne 17 G, externe :22 G). La distance entre l'aiguille et le collecteur en feuille d'aluminium était de 15 cm, et la température de condition était maintenue à 65 °C. Ensuite, un potentiel électrique a été appliqué à 15 kV avec un débit de deux seringues à 1,5 ml h ⁻¹ . Les fibres précurseurs finales ont été séchées à 60 °C sous vide pendant 24 h.

Sulfuration et carbonisation

Les nanofibres obtenues ont d'abord été mélangées avec 50 ml d'éthanol contenant du thioacétamide (TAA, Aladdin, pureté ≥ 99%) dans 100 ml d'autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon à 120 °C pendant 6 h par méthode solvothermique. Le produit final a été obtenu par carbonisation à 700 °C pendant 1 h avec une vitesse de chauffe de 5 °C min ⁻¹ et se rafraîchir naturellement. A titre de comparaison, l'échantillon sans cobalt (carbone co-dopé N, S, noté NSC) a également été préparé en utilisant la même méthode mentionnée ci-dessus sans ajout de Co(acac)₂ .

Caractérisation structurelle

La morphologie et la structure du Co₉ S₈ @NSC ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage (SEM, ZEISS Gemini 500) et microscopie électronique à transmission (TEM, JEM-2100HR). Un test d'analyse de gravité thermique (TGA) a été effectué pour évaluer la teneur en Co₉ S₈ par Netzsch STA449. Les structures cristallines et les analyses de l'état de valence de surface ont été détectées par spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS, ESCALAB 250Xi), diffraction des rayons X sur poudre (XRD, Bruker D8 Advance) et spectres Raman. La surface spécifique et la distribution de la taille des pores ont été enregistrées à partir de l'instrument d'analyse Brunauer-Emmett-Teller (BET, Micromeritics ASAP-2020).

Mesures électrochimiques

Des suspensions ont été obtenues en mélangeant des matières actives, du poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) et du Super P (rapport pondéral de 8:1:1) avec de la N-méthylpyrrolidone (NMP). Ensuite, l'électrode de travail a été préparée en enduisant les boues uniformément sur une feuille de cuivre prédécoupée (diamètre 12 mm) et séchée à 60 °C dans l'air et le vide pendant une nuit, respectivement. Les piles bouton de type CR2032 ont été assemblées avec du sodium métallique comme électrode de référence, une membrane en fibre de verre comme séparateur et la feuille de cuivre telle que préparée comme anode. L'électrolyte était 1 M NaClO₄ en EC/DMC (EC:DMC =1:1, en volume) avec 5,0% de FEC. Les procédures d'assemblage ont toutes été effectuées dans une boîte à gants remplie d'Ar (O₂ <0,1 ppm, H₂ O <0,1 ppm). Les résultats de la voltamétrie cyclique (CV) et de la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été obtenus à partir d'un poste de travail électrochimique (CHI660E, Shanghai Chen Hua Instruments Ltd). Et les tests de décharge galvanostatique ont été effectués dans un système de test de batterie NEWARE.

Résultats et discussion

Le processus de synthèse de Co₉ S₈ @NSC est illustré dans le fichier supplémentaire 1 :schéma S1, y compris l'électrofilage coaxial, la sulfuration solvothermique et la carbonisation. La cristallinité du Co₉ S₈ @NSC et NSC après ces procédures sont illustrés à la Fig. 1a. La courbe XRD de Co₉ S₈ @NSC affiche des pics de diffraction caractéristiques typiques en accord avec le Co₉ cubique S₈ (JCPDS n° 86-2273), tandis que NSC ne présente que des pics de carbone dur. Le pic large à 24,8° correspond au plan (111) du carbone amorphe. Étonnamment, il est inférieur à la valeur standard de 26,6°, indiquant une distance intercouche étendue et une graphitisation plus faible dérivée des sites co-dopés N, S dans le carbone [41]. Les spectres Raman (Fig. 1b) confirment également l'existence et la composition du carbone dans les composites. Co₉ S₈ @NSC et NSC présentent tous deux deux pics évidents de 1308 cm ⁻¹ et 1513 cm ⁻¹ , représentant respectivement la bande D et la bande G du carbone. En plus, Co₉ S₈ @NSC possède un pic typique faible situé à 671 cm ⁻¹ , correspondant au Co₉ S₈ . Dans le détail, la bande D est attribuée aux défauts de structure du carbone amorphe, tandis que la bande G est due au E _2g mode de vibration de Sp ² liaison entre les atomes de carbone graphitiques [45]. Le I_{D légèrement plus grand} /I_G de Co₉ S₈ @NSC (1,31) que NSC (1,14) indique qu'il existe plus de défauts dans les composites, résultant du dopage N et du dopage S.

un Diffraction des rayons X (XRD) du Co₉ S₈ @NSC et NSC. b Spectres Raman de Co₉ S₈ @NSC et NSC. c TG de Co₉ S₈ @NSC. d N₂ isothermes d'adsorption et de désorption du Co₉ S₈ @NSC et NSC

Le rapport pondéral de Co₉ S₈ est mesurée par analyse thermogravimétrique (TGA) comme le montre la figure 1c. Après chauffage à 700 °C dans l'air avec 10 °C min ⁻¹ , une réaction en plusieurs étapes est impliquée avec le produit final sous forme de Co₃ O₄ , ce qui peut être attribué à :(1) l'évaporation des traces d'eau (en dessous de 100 °C), (2) l'oxydation du Co₉ S₈ au CoSO_x (de 200 à 400 °C), et (3) la décomposition du carbone et l'oxydation continue du CoSO_x (au-dessus de 400°C). Selon ces réactions, le contenu de Co₉ S₈ dans les composites est calculé à 40,1 %. Co₉ S₈ @NSC présente des courbes isothermes typiques de type IV, indiquant la structure mésoporeuse, tandis que le NSC est microporeux (Fig. 1d). La surface spécifique de Co₉ S₈ @NSC (122,5 m ² g ⁻¹ ) est beaucoup plus grand que NSC (4,1 m ² g ⁻¹ ), qui peut bénéficier à l'infiltration d'électrolyte pour une insertion/extraction rapide de Na ⁺ et remettre le changement de volume sévère. Les pores de Co₉ S₈ @NSC avec une taille moyenne de 8,6  nm (montré dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S1) sont dérivés de la pyrolyse de groupes chimiques de polyacrylonitrile, dissolution de Co(acac)₂ à partir des nanofibres, et la formation de Co₉ creux S₈ nanosphères.

La spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) est menée pour identifier la composition chimique du Co₉ S₈ @NSC. Les signaux dans le spectre d'enquête sont en accord avec cinq éléments de C, N, O, S et Co sur la figure 2a. La présence d'O devrait être due à l'exposition de l'échantillon à l'air avec un peu d'oxygène adsorbé à la surface. Le spectre haute résolution de C 1 (Fig. 2b) affiche quatre pics, qui sont situés à 284,6 eV (CC/C=C), 285,0 eV (CN), 285,8 eV (CS) et 288,6 eV (C=N ) [46]. Le spectre de Co 2p a été représenté sur la figure 2c. Des pics situés à 786,1 eV et 803 eV peuvent être adaptés aux pics satellites de Co 2p_3/2 et Co 2p_1/2 , respectivement. De plus, les pics de 778,5 eV et 793,6 eV et deux autres pics à 781,4 eV et 797,2 eV appartiennent à Co ²⁺ et Co ³⁺ , respectivement [36]. De plus, le spectre S 2p (Fig. 2d) s'intègre dans quatre pics, constitués de 162,45 eV (S-Co), 163,7  eV (S-C), 165 eV (S-C) et 168,2 eV (sulfate) [47]. Et les spectres N 1s (Fichier supplémentaire 1 :Figure S2) contiennent trois pics à 398,4  eV, 400,1 eV et 401,0 eV, qui correspondent respectivement au N pyridinique, N pyrrolique et N graphitique [48]. Par rapport aux matériaux carbonés seuls, l'introduction de sites carbonés co-dopés N,S peut fournir plus d'électrons libres, ce qui profite à l'adsorption de Na ⁺ sur la surface et améliore la conductivité intégrale [41]. Les résultats de tous les spectres XPS confirment la présence de codopage N, S dans Co₉ S₈ @NSC.

un Spectre d'enquête XPS. b C 1s. c Co 2p, et d S 2p de Co₉ S₈ @NSC

Les morphologies intéressantes et les structures internes détaillées de Co₉ S₈ @NSC et NSC sont mesurés par SEM et TEM. La figure 3a–c représente le Co₉ S₈ @NSC se compose de deux types de structure, notamment des nanosphères creuses et des nanofibres. Ces nanofibres sont composées par carbonisation de fibres PAN. La formation de nanosphères collées sur les nanofibres peut être attribuée à la décomposition et à la sulfuration de Co(acac)₂ qui a été dissous à l'intérieur des fibres électrofilées PAN. Et les composites possèdent la surface nettement grossière, ce qui peut améliorer la mouillabilité de l'électrolyte. Fichier supplémentaire 1 :La figure S3a–c affiche la morphologie du NSC avec uniquement des nanofibres lisses cimentées les unes aux autres sans nanosphères, ce qui peut être dû à l'absence de composé à base de Co et à la fonte des nanofibres PAN en cours de carbonisation. La composition élémentaire est confirmée par la cartographie EDS (Fichier supplémentaire 1 :Figure S4), avec des éléments C, N, Co et S répartis uniformément dans les composites. Et cela démontre une fois de plus le dopage réussi de l'élément N, S.

un –c SEM et d –f TEM de Co₉ S₈ @NSC à un grossissement différent. (L'encart de (f ) est le SAED de Co₉ S₈ @NSC.)

Comme le montre la figure 3d–f, les images MET révèlent les détails internes des morphologies de Co₉ S₈ @NSC. Les figures 3d et e montrent le Co₉ S₈ des nanoparticules sont noyées dans des nanofibres de carbone et des nanosphères creuses, ce qui confirme le point proposé ci-dessus concernant la formation des nanosphères creuses. La figure 3f révèle la distance interplanaire de 0,308 nm, correspondant bien aux plans (311) de Co₉ S₈ , tandis que le NSC dans le fichier supplémentaire 1 :la figure S3d–f manifeste le caractère traditionnel du carbone dur. Co₉ S₈ les nanoparticules d'une taille inférieure à 50 nm se répartissent uniformément dans le composite, et l'épaisseur de la couche de revêtement de carbone est mesurée de 3 à 5  nm (Fig. 3f). En raison de la surface rugueuse, de la structure creuse et du revêtement de carbone, la pulvérisation et l'exfoliation sévères des matières actives résultant de la variation de volume peuvent être efficacement atténuées.

Pour étudier les performances électrochimiques du Co₉ S₈ @NSC, des piles boutons de type 2032 sont assemblées pour des tests électrochimiques. Comme le montre la figure 4a, les courbes CV de Co₉ S₈ @NSC enregistre les cinq cycles initiaux à une vitesse de balayage de 0,1 mV s ⁻¹ . Le premier cycle est très différent des cycles suivants avec un large pic à 0,476  V en balayage cathodique, qui est attribué à la formation d'un film d'interface électrolyte solide (SEI), intercalation irréversible de Na ⁺ , et la conversion par étapes de Co₉ S₈ à Co et Na₂ S [49]. Dans le premier balayage anodique, deux pics d'oxydation de 0,375  V et 1,682  V peuvent être attribués à la réaction en plusieurs étapes de Co en CoS_x [36]. Les courbes CV suivantes de Co₉ S₈ @NSC se chevauchent progressivement, indiquant la réversibilité électrochimique élevée. À titre de comparaison, les courbes CV de NSC dans le fichier supplémentaire 1 :la figure S5a montre les pics caractéristiques typiques du carbone, qui représentent l'adsorption et l'insertion de Na ⁺ en nanofibres de carbone. Figure 4b et Fichier supplémentaire 1 :La figure S5b affiche les courbes de charge/décharge pour différents cycles de Co₉ S₈ @NSC et NSC avec l'efficacité coulombique initiale (CE) de 54,1% et 28,3%, respectivement. Le CE relativement bas est causé par la formation irréversible du film SEI et la consommation d'électrolyte [7]. Les courbes de ces deux échantillons manifestent une plate-forme de tension distinctive de Co₉ S₈ et le carbone, qui sont en accord avec les résultats des tests CV (Fig. 4a et Fichier supplémentaire 1 :Figure S5a).

Courbes CV (a ) et les profils de charge-décharge (b ) avec différents cycles de Co₉ S₈ @NSC. Capacité de tarification (c ) et les performances cyclistes (d ) de Co₉ S₈ @NSC par rapport à NSC

Les performances de débit sont illustrées à la figure 4c. La capacité de Co₉ S₈ @NSC peut atteindre 226 mAh g ⁻¹ à 5 A g ⁻¹ , alors que NSC ne peut maintenir que 21 mAh g ⁻¹ . Et puis, lorsque la densité de courant revient à 100 mAh g ⁻¹ , la capacité peut être bien ramenée à 440 mAh g ⁻¹ . La figure 4d montre les performances de cyclisme de Co₉ S₈ @NSC. Les capacités de décharge de Co₉ S₈ @NSC maintient à 423 mAh g ⁻¹ à 200 mA g ⁻¹ et 318 mAh g ⁻¹ à 1 A g ⁻¹ après 800 cycles avec une efficacité coulombique initiale à 42,3% et 37,4%, respectivement. Ceci peut s'expliquer par la transformation du mécanisme réactionnel de l'intercalation/désintercalation à faible densité de courant à l'adsorption/désorption de Na ⁺ à haute densité de courant [2]. Apparemment, les capacités de Co₉ S₈ @NSC sont tous supérieurs à ceux de NSC, ce qui est dû aux sites plus actifs dérivés de Co₉ S₈ et le codopage N, S. De plus, la rétention de capacité de 87,4% à 200 mA g ⁻¹ et 83,1 % à 1 Ag ⁻¹ après 800 cycles indiquent les performances de cyclisme stables et la réversibilité de la réaction bénigne de Co₉ S₈ @NSC.

Comprendre les propriétés interfaciales et les résistances internes du Co₉ S₈ @NSC et NSC, des spectres d'impédance électrochimique (EIS) ont été réalisés. Comme présenté dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S6a, les parcelles de Nyquist de Co₉ S₈ @NSC après différents cycles montrent des demi-cercles typiques dans la région à haute fréquence (résistance de transfert de charge, R _ct ) et une ligne oblique dans la région des basses fréquences (résistance de Warburg, W ). Avant le cycle initial, le plus grand R _ct (environ 1600 Ω) de Co₉ S₈ @NSC est causé par une infiltration insuffisante d'électrolyte. Après 5 cycles, le R _ct devient très petit comme 153 Ω pour la formation du film SEI et bien en contact avec l'électrolyte. De plus, la diminution du R _ct peut également être attribué au processus d'activation du Co₉ S₈ @NSC électrode interfaciale. Après 10 cycles, il garde presque la même valeur, ce qui indique l'excellente stabilité. À titre de comparaison, l'EIE de la NSC est également étudiée dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S6b–e. Le R initial _ct de NSC est inférieur à Co₉ S₈ @NSC, indiquant l'électroconductivité plus élevée de NSC. Au fur et à mesure que le cycle se déroule, le R _ct de Co₉ S₈ @NSC devient progressivement plus petit que celui de NSC, en raison de la plus grande surface spécifique et de l'infiltration suffisante d'électrolyte. Ces résultats mentionnés ci-dessus soutiennent le cycle bénin et les performances de taux de Co₉ S₈ @NSC.

Pour mieux comprendre l'électrochimie du Co₉ S₈ @NSC électrode, une analyse cinétique est effectuée. Les courbes CV à différentes vitesses de balayage de 0,1 à 0,9 mV s ⁻¹ sont collectées et représentées sur la figure 5a. Variant de la diffusion ionique commune, le courant de crête (I , mA) ne dépend pas complètement de façon linéaire de v ^1/2 (v est la vitesse de balayage, mV s ⁻¹ ), indiquant la coexistence de comportements non faradiques et faradiques [35, 50]. Et les résultats peuvent être vérifiés par la relation entre log(I ) et log(v ), selon l'équation de log(I ) =b log(v ) + log(a ). Lorsque la valeur de b atteint 0,5 ou 1, cela indique que le mécanisme réactionnel est totalement contrôlé par la diffusion ionique ou le comportement capacitif, respectivement [51, 52]. Comme le montre la figure 5b, les valeurs calculées de b sont 0,7518 (pic cathodique) et 0,7792 (pic anodique), ce qui signifie un comportement plus capacitif.

un Courbes CV de Co₉ S₈ @NSC à différentes vitesses de balayage. b La relation linéaire entre log (v ) et connectez-vous (I ). c Contribution capacitive (rouge) dans la courbe CV. d Ratio de contribution de la capacité capacitive à différents taux de balayage

De plus, la contribution du comportement capacitif peut être obtenue à partir de l'équation :i (V) =k ₁ v + k ₂ v ^1/2 [42], où i (V) est le courant à une tension fixe, v est le taux de balayage, et k ₁ v et k ₂ v ^1/2 représentent respectivement la capacité capacitive et la capacité de diffusion des ions. Lorsque le taux de balayage est de 0,5  mV s ⁻¹ , le taux de contribution de la capacité capacitive atteint 69,2 % (Fig. 5c). Pour différents taux de balayage, la figure 5d illustre une tendance évidente du rapport de capacité capacitive augmentant avec le taux de balayage de 0,1 à 0,9 mV s ⁻¹ . La contribution capacitive croissante peut être attribuée à une zone spécifique élevée et à des sites actifs abondants, qui peuvent en outre être responsables de l'excellente performance de débit du Co₉ S₈ @électrode NSC. Tous ces résultats révèlent une cinétique rapide de Co₉ S₈ @NSC qui résulte de l'effet capacitif.

D'après la figure 5a, le Na ⁺ coefficients de diffusion (D _Na+ ) peut être estimé à partir du courant de crête le plus fort (I _p ) et les taux de balayage (v ) par l'équation de Randles-Sevick [32] :

où n , A , et C représentent le nombre d'électrons transférés dans le processus de Na ⁺ intercalation/désintercalation, la surface et la concentration molaire de Na ⁺ , respectivement. Le D _{Non +} de Co₉ S₈ @NSC est proportionnel à la pente des relations linéaires entre I _p et v ^1/2 (Fichier supplémentaire 1 :Figure S7). En conséquence, les valeurs de pente du pic anodique et du pic cathodique de Co₉ S₈ @NSC sont beaucoup plus positifs et négatifs que ceux de NSC, respectivement, ce qui signifie que le D _{Non +} de Co₉ S₈ @NSC est beaucoup plus élevé que NSC dans le processus de Na ⁺ intercalation/désintercalation. En détail, cela peut être attribué à une infiltration favorable d'électrolyte et à des sites actifs très exposés dérivés de la plus grande surface spécifique de Co₉ S₈ @NSC.

Conclusions

En résumé, une nouvelle double morphologie de Co₉ S₈ , contenant des nanosphères creuses et des nanofibres, avec revêtement N, S couche de carbone co-dopé a été synthétisé avec succès par électrofilage coaxial après sulfuration par méthode solvothermique et carbonisation. En raison de la plus grande surface spécifique et du revêtement en carbone, Co₉ S₈ @NSC peut s'adapter au changement de volume pendant le processus de charge/décharge. Plus uniformément, des sites actifs dérivés de Co₉ S₈ et la position co-dopée N, S peut non seulement entrer en contact avec beaucoup plus d'électrolyte, mais aussi accélérer la diffusion de Na ⁺ et réaction réversible entre Na ⁺ et Co₉ S₈ @NSC. Lorsqu'il est appliqué comme matériaux d'anode, Co₉ S₈ @NSC peut fournir une capacité spécifique réversible élevée de 318 mAh g ⁻¹ après 800 cycles à 1 A g ⁻¹ avec des efficacités coulombiques restant presque à 100%, tandis que la grande surface et les sites co-dopés en N, S abondants peuvent conduire à une excellente capacité de débit. L'étude offre plus de possibilités de sulfures de cobalt dans la conception de matériaux d'anode efficaces pour les SIB.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données utilisées dans ce manuscrit sont disponibles sur demande.

Abréviations

BET :

Analyse Brunauer-Emmett-Teller

CE :

Efficacité coulombienne

Co(acac)₂ :

Acétylacétonate de cobalt(II) hydraté

CV :

Voltamétrie cyclique

DMC :

Carbonate de diméthyle

CE :

Carbonate d'éthylène

EIS :

Spectroscopie d'impédance électrochimique

LIB :

Batteries lithium-ion

NSC :

Carbone co-dopé N, S

SIB :

Batteries sodium-ion

TGA :

Analyse de gravité thermique

XRD :

Diffraction des rayons X