DOI：10.1016/j.jallcom.2019.153631
雖然鉀離子電池（KIBs）作為一種新興的低成本、高容量的儲能系統，目前已經投入開發。然而，K+離子的大離子半徑導致速率性能差和循環壽命低。因此，開發新型儲鉀材料是十分必要的。本文報告了一種新型的用于KIBs的三維結構自支撐陽極復合材料，它由錐形棒狀納米材料NiCo2S4和氮摻雜空心碳納米纖維（NiCo2S4@N-HCNFs）組成。然后，通過高溫碳化和水熱反應制備了復合材料。制備的電極材料用于組裝鉀離子半電池以進行電化學性能測試，在電流密度為100 mA g-1時，200次循環后的容量為263.7 mAh g-1，在電流密度為3200 mA g-1時，600次循環后仍可保持134.3 mAh g-1的出色穩定性。與目前為止報道的其它金屬硫化物自支撐陽極材料的KIBs相比，它具有優越的性能和方便的合成工藝。這種新型結構不僅縮短了離子傳輸距離，而且增加了與電解液的接觸面積。它能有效地提高電化學性能。
圖1.（a）同軸納米纖維、（b）碳化的同軸納米纖維的SEM圖，（c）NiCo2S4@N-HCNFs和（d）NiCo2S4@N-HCNFs的縮小圖像。（a，b）中的插圖是數碼照片，（c，d）中的插圖是放大的SEM圖像和截面圖像。（e，f）NiCo2S4@N-HCNFs的TEM圖像。（f）中的紅色虛線表示存在細化的異質顆粒。（g）異質顆粒和（h）樣品表面的相應HRTEM圖像。（i）暗場TEM圖像和相應的元素映射圖像，分別為Co（紫色）、Ni（淺藍色）、S（黃色）、N（綠色）和C（紅色）。
圖2.（a）NiCo2S4@N-HCNFs、NiCo2S4@N-CNFs和HCNFs的XRD整理模式。（b）NiCo2S4@N-HCNFs的XPS光譜圖像。XPS高分辨率光譜圖像：（c）NiCo2S4@N-HCNFs的Ni 2p、（d）Co 2p、（e）S 2p、（f）N 1s和（g）C 1s。（h）NiCo2S4@N-HCNFs的N2吸附-解吸等溫線曲線和（i）孔徑分布圖像。
圖3.（a）NiCo2S4@N-HCNFs、NiCo2S4@N-CNFs和HCNFs在100 mA g-1下的循環性能比較，以及（b）在不同電流密度下的速率性能比較。（b）NiCo2S4@N-HCNFs電極在100 mA g-1下最初五個循環的恒電流放電/充電曲線。（d）NiCo2S4@N-HCNFs、NiCo2S4@N-CNFs和HCNFs的EIS光譜。（e）電流密度為3200 mA g-1時，NiCo2S4@N-HCNFs、NiCo2S4@N-CNFs和HCNFs的長循環穩定性。
圖4.NiCo2S4@N-HCNFs電極對K+和Na+的電化學行為的動力學分析。（a）KIBs中以0.1 mV s-1的掃描速率從第1到第5循環的CV曲線。（b）KIBs中從0.1到0.5 mV s-1的不同掃描速率的CV曲線。（c）使用KIBs中峰值電流和掃描速率之間的關系確定b值。（d）NIBs中以0.1 mV s-1的掃描速率從第1到第5循環的CV曲線。（e）NIBs中從0.1到0.5 mV s-1的不同掃描速率的CV曲線。（f）使用NIBs中的峰值電流與掃描速率之間的關系確定b值。
圖5.（a）NiCo2S4@N-HCNFs的CV曲線，其偽電容分數由KIBs中的陰影區域顯示，掃描速率為0.1 mV s-1。（b）KIBs中NiCo2S4@N-HCNFs電極在0.1至0.9 mV s-1不同掃描速率下的電容貢獻率。（c）NiCo2S4@N-HCNFs的CV曲線，其偽電容分數由NIBs中的陰影區域顯示，掃描速率為0.1 mV s-1。（d）NIBs中NiCo2S4@N-HCNFs電極在0.1-0.9 mV s-1不同掃描速率下的電容貢獻比。
圖6.（a）典型的恒電流放電/充電曲線。電位A、B、C、D、E和F分別代表新鮮狀態，處于0.61 V和0.01 V的放電狀態以及處于1.20 V、1.90 V和3.0 V的充電狀態。（b）對應于六個電位的NiCo2S4@N-HCNFs電極的異位XRD圖譜。
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