鈉離子電池（SIBs）因其在大規模儲能系統中的潛在應用而備受關注。在這項工作中，通過靜電紡絲設計并合成了Fe7S8納米顆粒/N摻雜碳納米纖維雜化物（Fe7S8/N-CNFs）。作為SIBs負極，Fe7S8/N-CNFs在0.2A/g下循環100次后表現出649.9mAh/g的高可逆容量，在1A/g下進行2000次循環期間顯示出優異的循環穩定性，每個循環的容量衰減僅為0.00302％。如此優異的性能源于：i）Fe7S8納米粒子（平均直徑為17nm），縮短了Na+擴散距離；ii）獨特的3D N-CNFs，可增強導電性，減輕Fe7S8納米粒子的自聚集和大體積變化，并為Na+吸附提供眾多活性位點和電解質擴散路徑。Fe7S8/N-CNFs有利的結構和優異的電化學性能為開發高性能SIBs負極材料提供了啟示。
圖1.Fe7S8/N-CNFs的制備過程示意圖。
圖2.a）Fe7S8/N-CNFs的XRD圖。b）Fe7S8/N-CNFs的拉曼光譜。c）Fe7S8/N-CNFs的N2吸附/解吸等溫線和孔徑分布（插圖）。d）Fe7S8/N-CNFs的FESEM圖像。e）Fe7S8/N-CNFs的HRTEM圖像和粒度分布（插圖）。f）Fe7S8/N-CNFs的HRTEM圖像。g）Fe7S8/N-CNFs的掃描TEM圖像。（h，i，j和k）分別為C、Fe、S和N的相應元素映射圖像。（l，m和n）分別為Fe2p、S2p和N1s的高分辨率XPS光譜。
圖3.a）Fe7S8/N-CNFs電極在0.1mV/s掃描速率下的CV曲線。b）Fe7S8/N-CNFs電極在0.1A/g下進行第一次、第二次、第30次、第50次和第100次循環的恒電流充電和放電曲線。c）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C電極在0.2A/g下的循環性能以及Fe7S8/N-CNFs電極在0.2A/g下的CE。d）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C電極在不同電流密度下的倍率性能。e）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C電極在1A/g下的長期循環性能以及Fe7S8/N-CNFs電極在1A/g下的CE。f）Fe7S8/N-CNFs電極與各種最近報道的高性能硫化鐵負極的循環性能比較。
圖4.a）Fe7S8/N-CNFs電極在0.2-1.2mV/s不同掃描速率下的CV曲線。b）在特定峰值電流下Fe7S8/N-CNFs的Log（i）與log（v）圖。c）Fe7S8/N-CNFs在0.5mV/s下對電荷存儲的電容和擴散控制貢獻。d）不同掃描速率下Fe7S8/N-CNFs電容和擴散控制容量的歸一化貢獻率。e）Fe7S8/N-CNFs作為SIBs負極的優勢示意圖。
圖5.第一次充電/放電后非原位表征SIBs中Fe7S8/N-CNFs電極的電化學反應機制。a）Fe7S8/N-CNFs完全放電后的非原位HRTEM圖像。b）Fe7S8/N-CNFs電極完全放電后的掃描TEM圖像。c）Na、d）C、e）Fe、f）S和g）N元素的相應元素映射。h）Fe7S8/N-CNFs完全充電后的非原位HRTEM圖像。i）Fe7S8/N-CNFs電極完全充電后的掃描TEM圖像。j）Na、k）C、l）Fe、m）S和n）N元素的相應元素映射。
圖6.a）全電池示意圖。b）全電池在0.1A/g時的恒電流充電/放電曲線。c）全電池在0.1A/g時的循環性能和CE。d）由全電池點亮紅色LED的光學照片。
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