還原氧化石墨烯包裹FeS2復合材料作為高性能鈉離子電池負極材料

【引言】

雖然鋰離子電池被廣泛應用于各行各業，但是鋰資源的缺少對其發展是極大的限制，所以研究工作者著眼于占據資源優勢的鈉離子電池。鈉離子電池由于具有成本低、儲量豐富、分布廣泛的特點，將成為鋰離子電池的理想替代者。鈉離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液等組成，其中電極材料的性能直接決定了電池的電化學性能。因此，對于鈉離子電池電極材料的研究成為了當前研究的重點。FeS₂的理論容量高達894 mAh/g，被視為一種非常有前景的鈉離子負極材料，但由于其電導率低、體積膨脹大、導致可逆容量低、循環穩定性差，限制了材料的實際應用。

【成果介紹】

王紅強等人發表了題為“Reduced Graphene Oxide-Wrapped FeS₂ Composite as Anode for High-Performance Sodium-Ion Batteries”的文章。該文章中闡述了制備一種具有優異電化學性能的還原氧化石墨烯包裹FeS₂復合材料(FeS₂/rGO)的方法。外層包裹的rGO可以提高FeS₂的電導率、比表面積、和結構穩定性。得益于兩者的復合效應，FeS₂/rGO負極材料同時具備高比容量、高倍率性能、和優異循環穩定性：在100 mA/g和10 A/g條件下的初始放電容量分別高達1263.2和344 mAh/g。循環100個周期后，放電容量仍保持在609.5 mAh/g。該方法為制造高性能金屬硫化物/rGO復合材料提供了新思路，可將其應用于鋰離子電池或鈉離子電池。

【圖文導讀】

 圖1 ：

a) 所制備的Fe₃O₄和Fe₃O₄/rGO前驅體的XRD圖。

b) Fe₃O₄的SEM圖。

c) Fe₃O₄/rGO的SEM圖。

d) Fe₃O₄/rGO的TEM圖。

圖2：

1.  制備的FeS₂/rGO復合材料的XRD圖。

b、c)  FeS₂的SEM圖像。

d)  FeS₂/rGO復合材料的SEM圖像。

e、f)  FeS₂/rGO復合材料的TEM圖像。

g、h) FeS₂/rGO復合材料的HRTEM圖像。

i) FeS₂/rGO復合材料的SAED圖。

圖3：

a) FeS₂和FeS₂/rGO復合材料的TG曲線

b) FeS₂和FeS₂/rGO復合材料的N₂吸附—脫附曲線。

圖4：

a) FeS₂的CV曲線。

b) FeS₂/rGO的CV曲線。

圖5：

1.  FeS2/rGO的恒流充放電曲線。
2. FeS₂和FeS₂/rGO復合材料的循環壽命和庫侖效率。
3. FeS₂和FeS₂/rGO復合材料的倍率性能。
4. FeS₂和FeS₂/rGO復合材料的奈奎斯特圖。

 圖6： 

1.  新鮮制備的FeS₂/rGO電極的SEM圖。
2. 100次充放電循環后FeS₂/rGO電極的SEM圖。

c、d) 100次充放電循環后FeS₂/rGO電極的TEM圖。

文獻：Wang Q, Guo C, Zhu Y, et al. Reduced Graphene Oxide-Wrapped FeS 2, Composite as Anode for High-Performance Sodium-Ion Batteries[J]. Nano-Micro Letters, 2018, 10(2):30.