鉀離子電池(PIBs)因其低成本、天然豐度和高能量密度而在可擴展且價格合理的固定應用方面獲得了極大的研究興趣。然而,大尺寸的鉀(K)離子阻礙了其擴散,在傳統電極材料中造成顯著應變,導致容量低、倍率性能差且壽命短。在此,研究者開發了一種新策略,將無定形硫化錫(a-SnS)限制在電紡多孔碳納米纖維(表示為a-SnS@pCNFs)中,以實現SnS的高度可逆鉀化/去鉀化。a-SnS的無定形性質使其在任何可能的轉化反應期間具有較低的結構重排活化能壘,這有助于提高電化學穩定性。此外,pCNF骨架不僅提高了a-SnS@pCNFs的整體電導率,而且還適應了SnS在重復充放電循環中的體積變化。結合a-SnS的這些優點和pCNFs中定制的孔結構,a-SnS@pCNFs復合材料具有高可逆容量(在1A/g下約為300mAh/g)、卓越的倍率性能(在10A/g下約為85.4mAh/g)和超長的使用壽命(在3A/g下循環2000次)。總體而言,這項工作為可實現快速可逆K離子存儲的材料的穩定轉化和合金化提供了一種可行的策略,以更好地滿足實際應用。
圖1.a-SnS@pCNFs合成示意圖。
圖2.(a)電紡聚合物納米纖維、(b)水熱處理納米纖維和(c)a-SnS@pCNFs-650的SEM圖像。(d)a-SnS@pCNFs-650的SEM和相應的EDS映射;(e,f)a-SnS@pCNFs-650的TEM圖像,以及(g)高分辨率TEM和SAED(插圖)圖像。
圖3.(a)a-SnS@pCNFs-650和pCNFs的XRD圖譜。(b)a-SnS@pCNFs-650的TGA曲線,(c)N2吸附/解吸等溫線,和(d)孔徑分布。
圖4.a-SnS@pCNFs-650的XPS光譜:(a)全掃描,(b)Sn3d,(c)S2p,(d)C1s,和(e)N1s去卷積光譜。
圖5.a-SnS@pCNFs-650電極的電化學性能。(a)a-SnS@pCNFs-650電極在1A/g時的GCD曲線。在(b)1A/g和(c)3A/g下測量的循環性能。(d)不同電流密度下的倍率性能。
圖6.(a)a-SnS@pCNFs-650電極在不同掃描速率下的CV曲線;(b)陽極峰處的log(i)與log(v)圖。(c)a-SnS@pCNFs-650在0.6mV/s時的電容貢獻(藍色區域);(d)不同掃描速率下的電容貢獻。
圖7.(a)循環使用的a-SnS@pCNFs-650電極的SEM圖像,(b)相應的EDS圖譜,以及(c)TEM和(d)高分辨率TEM圖像。