中科大余彦/姚雨AM：Ni3S2-Co9S8异质结构纳米笼负极助力高性能钾离子电池

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成果简介

钠离子电池(NIBs)和钾离子电池(PIBs)因其低成本、元素高丰度而成为大型储能系统中极具潜力的锂离子电池替代品，受到越来越多的关注。与NIBs(-2.71 V vs.SHE)相比，PIBs(-2.93 V vs. SHE)的标准电极电位更低，表明PIBs可以获得更高的能量密度。然而，由于K+半径较大，在电池循环过程中容易造成电极材料的结构破坏和动力学迟缓，导致PIBs的循环稳定性差和功率密度不足。各种具有开放骨架结构或结构稳定性好的正极材料，如普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物、金属层状氧化物和有机材料，已被广泛研究。然而，大多数报道的正极显示有限的容量(小于150 mAh g-1)。

这里，中科大余彦教授和姚雨等人通过选择性腐蚀和一步硫化的方法，设计了由还原氧化石墨烯包裹的具有开放式纳米笼结构的Ni3S2-Co9S8异质结构(Ni-Co-S@rGO笼)作为PIB的负极。空心Ni-Co-S@rGO纳米笼具有大的比表面积、丰富的异质界面和独特的开放式纳米笼结构，可以缩短K+扩散长度，促进反应动力学。
中科大余彦/姚雨AM：Ni3S2-Co9S8异质结构纳米笼负极助力高性能钾离子电池

图文速览

中科大余彦/姚雨AM：Ni3S2-Co9S8异质结构纳米笼负极助力高性能钾离子电池

图1-1 材料的表征与合成
中科大余彦/姚雨AM：Ni3S2-Co9S8异质结构纳米笼负极助力高性能钾离子电池
图1-2 电池性能测试
当用作PIB的负极时，Ni-Co-S@rGO显示出高的可逆容量(765 mAh g-1在0.2 A g-1)和低的容量退化(0.0089%每循环超过2000次在10 A g-1)。含有Ni-Co-S@rGO负极和普鲁士蓝正极的全钾离子电池，在2 A g-1的条件下循环300次后，可显示400 mAh g-1的卓越可逆容量。通过有限元模拟原位表征揭示了Ni-Co-S@rGO独特的结构优势和电化学反应机理，该工作为高性能储能材料的设计提供重要的指导。

Open-Ended Ni3S2-Co9S8 Heterostructures Nanocage Anode with Enhanced Reaction Kinetics for Superior Potassium Ion Batteries. AM 2022 https://doi.org/10.1002/adma.202201420

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