阿肯色大学Xiangbo Meng课题组--氮掺杂石墨烯包裹Cu2S作为钠离子电池中的超级负极

钠离子电池(SIBs)已经吸引了越来越多的研究兴趣，这得归因于其成本效益。但是，缺少合适的负极已严重阻碍了SIBs的发展。在此，我们通过简单的球磨法开发了一种特殊的Cu₂S基复合负极，其中Cu₂S粒子被掺杂有氮的石墨烯片包裹(Cu₂S@NGS)。这种Cu₂S@NG复合负极具有极长的循环寿命，高容量的超稳定循环性和出色的倍率性能。Cu₂S@NG复合材料的优异性能是由于其有趣的核壳结构以及Cu₂S和NG的特殊性能。在这项研究中，发现NG壳在改善Cu₂S性能方面具有多种优点：（i）减少活性材料的损失，（ii）构成稳定的界面，（iii）提供改善的电导率和良好的离子转移 ，（iv）增强框架完整性。此外，本文还阐明了不同电压窗和通过原子层沉积的表面涂层对进一步提高性能的重要影响。重要的是，使用先进的基于同步加速器的原位X射线衍射和X射线吸附光谱技术揭示了Cu₂S在钠化/脱钠过程中的电化学机理。这项工作为在SIBs中寻求高性能负极迈出了巨大一步。

Figure 1. (a) Cu₂S@SuperP和(b) Cu₂S@NG电极的SEM图。用于比较的(c) Cu₂S@SuperP和(d) Cu₂S@NG电极的形态和特征示意图。

Figure 2. Cu₂S@SuperP和Cu₂S@NG电极在半电池中的电化学性能。循环伏安谱图显示(a) Na-Cu₂S@SuperP电池和(b) Na-Cu₂S@NG电池的CV图。(d) Na-Cu₂S@SuperP电池和(e) Na-Cu₂S@NG电池的EIS图。

Figure 3. 电化学机理的同步加速器x射线表征。

Figure 4. 改善性能的策略:缩小电压窗口。(a)在100 mA g⁻¹时，不同电压窗下Cu₂S@NG电极的循环性能和CE。(b)不同电压窗下Na-Cu₂S@NG电池的SEI电阻(R_SEI)与循环周期的关系。Na-Cu₂S@NG电池的(c)长循环性能，(d)倍率性能。

相关研究成果于2020年由阿肯色大学Xiangbo Meng课题组，发表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.08.031)上。原文：Nitrogen-Doped Graphene-Wrapped Cu2S as a Superior Anode in Sodium-ion Batteries。