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Erschienen in: Rare Metals 1/2023

08.10.2022 | Original Article

Electrospinning with sulfur powder to prepare CNF@G-Fe9S10 nanofibers with controllable particles distribution for stable potassium-ion storage

verfasst von: Ting Fu, Peng-Chao Li, Hong-Cheng He, Shuang-Shuang Ding, Yong Cai, Ming Zhang

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 1/2023

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Abstract

As anode materials of electrochemical energy storage system, metal sulfides with high theoretical capacities suffer from issues of materials smashing and deactivation due to huge volume change, resulting in the inferior cycle stability. In this paper, a new strategy of adding sulfur powder into the electrospinning precursor instead of employing sulfur powder during the sulfurizing treatment is proposed to prepare Fe9S10 composites (CNF@G-Fe9S10-1). In those composites, most of Fe9S10 particles are embedded in the graphene-carbon fibers with multiple protection. As anodes for potassium-ion batteries, CNF@G-Fe9S10-1 display higher rate capacities and more excellent stability (103.2 mAh·g−1 at 1000 mA·g−1 after 892 cycles) than Fe9S10 composites synthesized by the traditional method. In addition, as anodes for potassium-ion hybrid capacitors, they also deliver high capacities of 102.8 mAh·g−1 at 1000 mA·g−1 after 100 cycles. The morphology characterization evidences indicate that the surface and integrity of CNF@G-Fe9S10-1 are more smooth and complete than the Fe9S10 composites fabricated using a common method without sulfur power in electrospinning precursor. The excellent stability and high capacity of CNF@G-Fe9S10-1 can be attributed to nearly full-wrapped structure of Fe9S10 in the carbon matrix arising from the new strategy. Owing to the formation of the structure, Fe9S10 particles are protected from the pulverization, and the structure stability of hybrid carbon fibers is enhanced. This study may provide a new strategy for the controllable synthesis of metal sulfide-CNFs and their application for high stability energy storage.

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Literatur
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Zurück zum Zitat Xu HJ, Wang L, Zhong J, Wang T, Cao JH, Wang YY, Li XQ, Fei HL, Zhu J, Duan XD. Ultra-stable and high-rate lithium ion batteries based on metal-organic framework-derived In2O3 nanocrystals/hierarchically porous nitrogen-doped carbon anode. Energy Environ Mater. 2020;3(2):177. https://doi.org/10.1002/eem2.12065.CrossRef Xu HJ, Wang L, Zhong J, Wang T, Cao JH, Wang YY, Li XQ, Fei HL, Zhu J, Duan XD. Ultra-stable and high-rate lithium ion batteries based on metal-organic framework-derived In2O3 nanocrystals/hierarchically porous nitrogen-doped carbon anode. Energy Environ Mater. 2020;3(2):177. https://​doi.​org/​10.​1002/​eem2.​12065.CrossRef
[41]
[42]
Metadaten
Titel
Electrospinning with sulfur powder to prepare CNF@G-Fe9S10 nanofibers with controllable particles distribution for stable potassium-ion storage
verfasst von
Ting Fu
Peng-Chao Li
Hong-Cheng He
Shuang-Shuang Ding
Yong Cai
Ming Zhang
Publikationsdatum
08.10.2022
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 1/2023
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02103-0

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