Натриевые химические источники тока с катодами на основе сульфидов меди
Автор: Линник Дмитрий Сергеевич, Полищук Татьяна Брониславовна, Глазунова Валентина Александровна, Жеребцов Дмитрий Анатольевич, Винник Денис Александрович, Могила Татьяна Николаевна, Алешкина Дарья Викторовна
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 4 т.11, 2019 года.
Бесплатный доступ
В работе исследованы в качестве химических источников тока ячейки, состоящие из натрия и сульфидов меди с различным составом, структурой и морфологией катодного материала. Уменьшение характерного размера частиц СuS с 0,4-5 мкм до 10-50 нм привело к увеличению начального рабочего напряжения с 1,87 В до 2,55 В и емкости с 166 мАч·г-1 до 400 мАч·г-1. Сверхстехиометрическое внедрение серы в нанодисперсный сульфид меди CuS1+х приводит к снижению начального рабочего напряжения ячейки на 0,23 В, в то время как емкость увеличивается с 400 мАч·г-1 до 431 мАч·г-1. В случае сульфида состава Cu2S емкость ячейки с натриевым анодом составляет 121 мАч·г-1, кроме того, данный материал, как и микрокристаллический сульфид меди состава CuS, склонен к поверхностной пассивации сульфидами переменного состава. В работе проведен сравнительный анализ электрохимических показателей натриевых и литиевых источников тока с различными по составу и морфологии катодными материалами на основе сульфидов меди.
Химический источник тока, натриевый анод, нанодисперсный сульфид меди
Короткий адрес: https://sciup.org/147233151
IDR: 147233151 | DOI: 10.14529/chem190410
Список литературы Натриевые химические источники тока с катодами на основе сульфидов меди
- Palomares V., Serras P., Villaluenga I., Hueso K.B., Carretero-González J., Rojo T. Na-ion Batteries, Recent Advances and Present Challenges to Become Low Cost Energy Storage Systems. Energy Environ. Sci., 2012, vol. 5, pp. 5884-5901. DOI: 10.1039/c2ee02781j
- Hwang J.Y., Myung S.T., Sun Y.K. Sun Sodium-Ion Batteries: Present and Future. Chem. Soc. Rev., 2017, vol 46, pp. 3529-3614. DOI: 10.1039/c6cs00776g
- Xu X., Zhou D., Qin X., Lin K., Kang F., Li B., Shanmukaraj D., Rojo T., Armand M., Wang G. A Room-Temperature Sodium-Sulfur Battery with High Capacity and Stable Cycling Performance Nat. Comm., 2018, vol. 9, no. 3870, pp. 1-12. DOI: 10.1038/s41467-018-06443-3
- Kumar D., Rajouria S.K., Kuhar S.B., Kanchan D.K. Progress and Prospects of Sodium-Sulfur Batteries: A Review. Solid State Ionics, 2017, vol. 312, pp. 8-16. DOI: 10.1016/j.ssi.2017.10.004
- Rami Reddy B.V., Ravikumar R., Nithya C., Gopukumar S. High Performance NaxCoO2 as a Cathode Material for Rechargeable Sodium Batteries. J. Mater. Chem. A, 2013, vol. 3, no. 35, pp. 18059-18063. DOI: 10.1039/x0xx00000x
- Zhou P., Liu X., Weng J., Wang L., Wu X., Miao, Z., Zhao J, Zhuo J., Zhuo, S. Synthesis, Structure, and Electrochemical Properties of O'3-Type Monoclinic NaNi0.8Co0.15Al0.05O2 Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries. J. Mater. Chem. A, 2019, vol. 7, pp. 657-663.
- DOI: 10.1039/c8ta07842d
- Kitajou A., Yamaguchi J., Hara S., Okada S. Discharge/Charge Reaction Mechanism of a Pyrite-type FeS2 Cathode for Sodium Secondary Batteries. J. Power Sources, 2014, vol. 247, pp. 391-395.
- DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.123
- Zhao W., Ci S., Hu X., Chen J., Wen Z. Highly Dispersed Ultrasmall NiS2 Nanoparticles in Porous Carbon Nanofibers Anodes for Sodium Ion Batteries. Nanoscale, 2019, vol. 11, pp. 4688-4695.
- DOI: 10.1039/c9nr00160c
- Wei X., Li W., Shi J., Gu L., Yu Y. FeS@C on Carbon Cloth as Flexible Electrode for Both Lithium and Sodium Storage. ACS App. Mater. Interfaces, 2015, vol. 7, no. 50, pp. 27804-27809.
- DOI: 10.1021/acsami.5b09062
- Li H., Wang Y., Jiang J., Zhang Y., Peng Y., Zhao J. CuS Microspheres as High-Performance Anode Material for Na-ion Batteries. Electrochim. Acta, 2017, vol. 247, pp. 851-859.
- DOI: 10.1016/j.electacta.2017.07.018
- Kim N.R., Choi J., Yoon H.J., Lee M.E., Son S.U., Jin H.-J., Yun Y.S. (2017). Conversion Reaction of Copper Sulfide Based Nanohybrids for Sodium-Ion Batteries. ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, vol. 5, no. 11, pp. 9802-9808.
- DOI: 10.1021/acssuschemeng.7b01692
- Kim J.S., Yu J.H., Ryu H.S., Kim K.W., Nam T.H., Ahn J.H., Wang G., Ahn H.J. The Electrochemical Properties of Sodium/Iron Sulfide Battery Using Iron Sulfide Powder Coated with Nickel. Rev. Adv. Mater. Sci., 2011, vol. 28, no. 1, pp. 107-110.
- Chen Y., Davoisne C., Tarascon J.-M., Guéry C. Growth of Single-Crystal Copper Sulfide Thin Films Via Electrodeposition in Ionic Liquid Media for Lithium Ion Batteries. J. Mater. Chem., 2012, vol. 22, no. 12, рр. 5295-5299.
- DOI: 10.1039/c2jm16692e
- Jache B., Mogwitz B., Klein F., Adelhelm P. Copper Sulfides for Rechargeable Lithium Batteries: Linking Cycling Stability to Electrolyte Composition. J. Power Sources, 2014, vol. 247, pp. 703-711.
- DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.136
- Kitajou A., Yamaguchi J., Hara S., Okada S. Discharge/Сharge Reaction Mechanism of a Pyrite-type FeS2 Cathode for Sodium Secondary Batteries. J. Power Sources, 2014, vol. 247, pp. 391-395.
- DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.123
- Lai C.H., Huang K.W., Cheng J.H., Lee C.Y., Hwang B.J., Chen L.J. Direct Growth of High-Rate Capability and High Capacity Copper Sulfide Nanowire Array Cathodes for Lithium-Ion Batteries. J. Mater. Chem., 2010, vol. 20, no. 32, pp. 6638-6645.
- DOI: 10.1039/c0jm00434k
- Zhao L., Tao F., Quan Z., Zhou X., Yuan Y., Hu J. Bubble Template Synthesis of Copper Sulfide Hollow Spheres and Their Applications in Lithium Ion Battery. Mater. Lett., 2012, vol. 68, pp. 28-31.
- DOI: 10.1016/j.matlet.2011.09.108
- Sun K., Su D., Zhang Q., Bock D.C., Tong X., Su D., Marschilok A.C., Takeuchi K.J., Takeuchi E.S., Gan H. Interaction of CuS and Sulfur in Li-S Battery System. J. Electrochem. Soc., 2015, vol. 162, no. 14, pp. A2834-A2839.
- DOI: 10.1149/2.1631706jes
- Park J.Y., Kim S.J., Yim K., Dae K.S., Lee Y., Dao K. P., Park J.S., Jeong H.B., Chang J.H., Seo H.K., Ahn C.W., Yuk J.M. Pulverization Tolerance and Capacity Recovery of Copper Sulfide for High Performance Sodium Storage. Adv. Sci., 2019, vol. 1900264, pp. 1-9.
- DOI: 10.1002/advs.201900264
- Zhang D., Tu J.P., Xiang J.Y., Qiao Y.Q., Xia X.H., Wang X.L., Gu C.D. Influence of Particle Size on Electrochemical Performances of Pyrite FeS2 for Li-Ion Batteries. Electrochim. Acta, 2011, vol. 56, no. 27, pp. 9980-9985.
- DOI: 10.1016/j.electacta.2011.08.119
