ATS以超小納米顆粒的形式與石墨烯結(jié)合。銻(Sb)的引入可以減小帶隙,進(jìn)一步提高電導(dǎo)率。采用密度泛函理論(DFT)模擬了Sb摻雜后的能帶結(jié)構(gòu)、Na+擴(kuò)散能量和Na2S的吸附能,從理論上揭示了Sb摻雜提高電池性能的內(nèi)因。結(jié)果表明,ATS對(duì)Na+具有高的吸附能(-3.13 eV)和低的擴(kuò)散能壘(0.26 eV)。
圖1. DFT模擬
得益于較好的電導(dǎo)率和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),該復(fù)合材料電極在1 A/g電流密度下穩(wěn)定工作3000圈,容量可保持為507 mAh/g。
圖2. ATS/GNS復(fù)合材料儲(chǔ)鈉性能
本工作同時(shí)設(shè)計(jì)并制備了氮硫摻雜多孔碳(NS-PC)正極以匹配ATS/GNS構(gòu)造全電池。通過一步簡(jiǎn)單摻雜,正極多孔碳材料的比容量從83 mAh/g(PC)提升到118 mAh/g(NS-PC)。同時(shí)NS-PC經(jīng)過500圈穩(wěn)定循環(huán),容量沒有明顯衰減。
圖3. NS-PC正極性能
基于正負(fù)極的優(yōu)異性能,進(jìn)一步組裝ATS/GNS//NS-PC鈉離子混合電容器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在電流密度為5 A/g時(shí),混合離子電容器循環(huán)10000圈后,容量保持率為70%(CE~100%),并且其能量密度最高可達(dá)115 Wh/kg,功率密度最高可達(dá)18750 W/kg。由此可見,這樣的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)超級(jí)電容器,高功率輸出與普通鈉離子電池相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。因此,本研究為鈉基器件的高能/功率密度設(shè)計(jì)提供了一種可行的途徑。
圖4. ATS/GNS//NS-PC全電池性能
原標(biāo)題:南開大學(xué)焦麗芳教授EnSM:雙金屬硫化物復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)鈉離子快速儲(chǔ)存動(dòng)力學(xué)