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江南大学多名学者联合发文:硫空位调节NiCo 2S 4的电荷分布以提高可拉伸纱基锌离子电池的能量密度

论论资讯 | 2023-04-01 3热度

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Sulfur Vacancies Tune the Charge Distribution of NiCo<sub>2</sub>S<sub>4</sub> for Boosting the Energy Density of Stretchable Yarn-Based Zn Ion Batteries

Cheng X.; Yang X.; Zhang Y.; Lv P.; Yang J.; Huang F.; Wei Q.

Published:2023-04-01
DOI:10.1007/s42765-022-00250-8

研究背景

可穿戴电池的发展一直备受关注,因为它们可以为可穿戴电子产品提供可靠的电源。然而,如何构建高效灵活的电极并优化电池的配置,以在不同的机械变形下保持优异的电化学性能,仍然是一个紧迫的问题。本文旨在探讨如何利用硫空位来调节NiCo<sub>2</sub>S<sub>4</sub>的电荷分布,从而提高可拉伸纱线基锌离子电池的能量密度。

研究内容

本文采用简单的水热法,在碳纱线(CY)上构建了具有可调S-空位的NiCo<sub>2</sub>S<sub>4−x</sub>纳米管阵列(NiCo<sub>2</sub>S<sub>4−x</sub>@CY)。将其作为阴极的水溶性锌离子电池(ZIBs)表现出出色的放电容量(271.7 mAh g<sup>−1</sup>)和优异的倍率性能(5 A g<sup>−1</sup>时70.9%的容量保留率),并显示出最大功率密度为6,059.5Wkg<sup>−1</sup>和最大能量密度为432.2 Wh kg<sup>−1</sup>。值得注意的是,可调S-空位促进了NiCo<sub>2</sub>S<sub>4−x</sub>的表面重构和相变,从而增强了其导电性和电荷储存动力学。NiCo<sub>2</sub>S<sub>4−x</sub>@CY的高反应性和循环稳定性可以归因于掺杂S的NiO和CoO的放电产物。此外,还构建了柔性可拉伸的纱线基ZIBs,并展示了在多种机械变形下具有优异的拉伸稳定性和耐久性。作为概念验证,将ZIBs集成到织物中,即使在同时进行拉伸和弯曲机械变形的情况下,也展现出了优异的电化学性能。该研究提供了开发高效经济的纱线基ZIBs和可穿戴电子产品的新思路。

研究意义

本研究提出了一种新的策略,利用硫空位来调节NiCo<sub>2</sub>S<sub>4</sub>的电荷分布,从而提高可拉伸纱线基锌离子电池的能量密度。这种策略不仅具有高效性和经济性,还可以为可穿戴电子产品提供可靠的电源。此外,本研究还构建了柔性可拉伸的纱线基ZIBs,并展示了在多种机械变形下具有优异的拉伸稳定性和耐久性。这些结果为纺织品、可穿戴电子产品和其他相关领域的研究提供了新的思路和方法。
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