過渡金屬化合物具備較高的理論儲(chǔ)鋰容量，成為理想的鋰離子電池電極材料。然而，相對(duì)較差的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很大程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。復(fù)合材料可以利用協(xié)同效應(yīng)，提高材料的性能。研究發(fā)現(xiàn)：復(fù)合材料相界面的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致晶格失配，形成更多的活性儲(chǔ)能位點(diǎn)，同時(shí)也有利于鋰離子和電子的傳遞。贗電容材料可以在材料的表面和近表面通過法拉第電荷傳遞儲(chǔ)存更多能量，提升活性物質(zhì)的儲(chǔ)鋰容量。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，中山大學(xué)的童葉翔教授、宋樹芹副教授和Muhammad-SadeeqBalogun博士（通訊作者）等在Adv.EnergyMater.上發(fā)表了題為“PhaseBoundaryDerivedPseudocapacitanceEnhancedNickel-basedCompositesforElectrochemicalEnergyStorageDevices”的研究論文，報(bào)道了相邊界引發(fā)的贗電容增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料電化學(xué)儲(chǔ)能器件的最新研究進(jìn)展。研究人員通過退火和硫化處理制備得到了氮化鎳@硫化鎳（Ni3N@Ni3S2）納米片復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)：Ni3N和Ni3S2之間的相邊界是導(dǎo)致復(fù)合材料高儲(chǔ)鋰容量的關(guān)鍵因素。Ni3N較為出色的贗電容特性和Ni3S2較為理想的擴(kuò)散控制型容量形成協(xié)同效應(yīng)，共同提升了復(fù)合材料的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。通過界面失配和贗電容特性和結(jié)合，研究人員為未來高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路參考。

【圖文導(dǎo)讀】

示意圖-1.復(fù)合材料的制備流程示意圖

圖-1.樣品的XRD譜圖和XPS譜圖

（a）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的XRD衍射譜圖；

（b）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的高分辨S2pXPS譜圖；

（c）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的高分辨N1sXPS譜圖。

圖-2.樣品的電子顯微鏡圖片及元素分布圖

（a）Ni3N的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片；

（b）Ni3N@Ni3S2的SEM圖片；

（c）Ni3N@Ni3S2的低倍透射電子顯微鏡（TEM）圖片；

（d）Ni3N@Ni3S2的高分辨透射（HRTEM）圖片。插圖為綠色方框區(qū)

域?qū)?yīng)的選區(qū)電子衍射（SAED）衍射花樣；

（e）圖2-（d）中黃色方框區(qū)域放大的HRTEM圖片；

（f）圖2-（d）中綠色方框區(qū)域放大的HRTEM圖片；

（g-j）Ni3N@Ni3S2中的EDS元素分布圖；

（k）Ni,S,N的元素分布疊加圖。

圖-3.樣品的循環(huán)伏安（CV）曲線

（a）掃描速率為0.1mV/s時(shí)，Ni3N前三次循環(huán)的CV曲線；

（b）掃描速率為0.1mV/s時(shí)，Ni3S2前三次循環(huán)的CV曲線；

（c）掃描速率為0.1mV/s時(shí)，Ni3N@Ni3S2前三次循環(huán)的CV曲線；

（d）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2首圈CV曲線對(duì)比。

圖-4.樣品的電化學(xué)性能曲線

（a）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的首圈充-放電曲線；

（b）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的第二圈充-放電曲線；

（c）低電壓（<0.5V）下，樣品在第一圈和第二圈中的比鋰化容量；

（d）不同電流密度下Ni3N@Ni3S2的充-放電曲線。

圖-5.樣品的阻抗分析、倍率性能和循環(huán)性能曲線

（a）循環(huán)后Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的Nyquist曲線；

（b）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的倍率性能；

（c）Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試曲線。

圖-6.不同掃描速率下樣品的CV曲線及容量貢獻(xiàn)分布情況

（a）掃描速率為6mV/s時(shí)，Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2的CV曲線；

（b）不同掃描速率下，Ni3N@Ni3S2的CV曲線；

（c）掃描速率為6mV/s時(shí)，Ni3N@Ni3S2中電容型容量和擴(kuò)散控制型

容量對(duì)總?cè)萘康呢暙I(xiàn)對(duì)比圖；

（d）不同掃描速率下，Ni3N，Ni3N@Ni3S2，Ni3S2中電容性容量對(duì)總?cè)萘康呢暙I(xiàn)率對(duì)比圖。

圖-7.界面儲(chǔ)能機(jī)理邊界示意圖

（a）鋰離子電池中界面儲(chǔ)能機(jī)制邊界示意圖；

（b）鋰離子電池中界面儲(chǔ)能機(jī)制邊界的實(shí)際過程。

【小結(jié)】

本文借助氮化-硫化處理制備得到電化學(xué)性能優(yōu)異的Ni3N@Ni3S2納米復(fù)合電極材料。復(fù)合材料有機(jī)結(jié)合了Ni3N優(yōu)異的贗電容特性和Ni3S2的擴(kuò)散控制型容量，有效提高了電極材料的儲(chǔ)鋰容量和倍率性能。界面處的晶格失配為復(fù)合材料提高了更多的活性儲(chǔ)能位點(diǎn)。贗電容特性為復(fù)合材料提供了額外的儲(chǔ)鋰容量。巧妙設(shè)計(jì)的復(fù)合材料為電化學(xué)儲(chǔ)能器件的開發(fā)與設(shè)計(jì)提供了更加多元化的借鑒。