DOI: 10.1039/d2ta02517e

鉴于钠/钾离子电池（SIBs/PIBs）成本较低，钠/钾资源储量丰富，其有望在不久的将来取代传统的锂离子电池（LIBs）。目前，由于较大离子尺寸的Na+/K+离子在嵌入/脱出过程中的动力学缓慢，因此探索具有高能量/功率密度和长寿命的SIBs/PIBs负极材料仍然是一个挑战。在此，研究者使用静电纺丝工艺结合硫化处理制备了封装超小SnS2纳米晶体的硫化聚丙烯腈（SPAN）纤维。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，SPAN纤维有望为Na+/K+离子提供短程扩散路径和额外的存储位点。这种复合电极表现出优异的钠/钾离子存储性能、较高的容量（SIBs在0.1A/g下循环50次后为613mAh/g；经50和2000次循环后PIBs在0.05A/g下为565mAh/g，在5A/g下为226mAh/g）和出色的长寿命循环能力（SIBs在10A/g下循环30000次后为261mAh/g）。此外，以Na3V2（PO4）3为正极、SnS2-SPAN-470-1为负极组装的钠全电池具有优异的循环性能。总体而言，这项工作为构建用于高性能电化学储能与转换设备的新型过渡金属硫族化合物基纳米结构及纳米复合材料提供了新的见解。

图1.SnS2-SPAN-470-1复合材料的合成示意图。

图2.（a）SnS2-SPAN-470-1、（b）SnS2-SPAN-470-2、（c）SnS-CNF-700和（d）SPAN-470的SEM照片；（e-f）SnS2-SPAN-470-1复合材料的TEM图像；（g）SnS2-SPAN-470-1复合材料中C（绿色）、N（黄色）、S（红色）和Sn（蓝色）的元素映射结果。

图3.SnS2-SPAN-470-1、SnS2-SPAN-470-2、SnS-CNF-700、SPAN-470和纯SnS2样品的（a）XRD图谱、（b）拉曼光谱、（c）FTIR光谱和（d）EPR光谱。

图4.SnS2-SPAN-470-1复合材料的XPS光谱：（a）全扫描光谱，（b）Sn3d光谱，（c）S2p光谱，（d）C1s光谱，（e）N1s光谱。

图5.钠离子半电池的电化学性能：（a）SnS2-SPAN-470-1电极在0.2mV/s扫描速率下的循环伏安曲线。所制备电极在（b）0.1A/g和（c）5A/g电流密度下的循环性能。（d）SnS2-SPAN-470-1电极在10A/g下的长期循环性能。（e）SnS2-SPAN-470-1、SnS2-SPAN-470-2、SnS-CNF-700和SPAN-470电极的倍率性能。

图6.（a）不同扫描速率（0.2、0.4、0.6、0.8和1.0mV/s）下的循环伏安曲线。（b）b值。（c）在0.6mV/s下的电容贡献（蓝色区域）。（d）不同扫描速率下的电容（蓝色）和扩散控制（白色）贡献。（e）GITT曲线。（f）不同电压下的Na+扩散系数。

图7.Na离子全电池的电化学性能：（a）全电池工作机制示意图。（b）NVP正极、SnS2-SPAN负极和SnS2-SPAN//NVP全电池的典型充放电曲线。（c）SnS2-SPAN//NVP全电池的充放电曲线。SnS2-SPAN//NVP在（d）0.5A/g和（e）1A/g下的循环性能。（f）倍率性能。

图8.钾离子半电池的电化学性能：（a）SnS2-SPAN-470-1电极在0.2mV/s扫描速率下的循环伏安曲线。（b）SnS2-SPAN-470-1在50mA/g下的充放电曲线。SnS2-SPAN-470-1电极在（c）0.05A/g和（d）5A/g电流密度下的循环性能。（e）SnS2-SPAN-470-1电极在不同电流密度下的倍率性能。

图9.经几何优化后，Na2S分子吸附在（a）PAN的C侧和（b）PAN的N侧以及（c）一个Sn原子吸附在PAN的C侧。

图10.经几何优化后，（a）一个Na原子吸附在SPAN的N侧，（b）SnS2分子吸附在SPAN的N侧。