【摘要】 TiS2的储钠能力通过Na/TiS2半电池的充放电曲线进行评估

采用二硫化钛（TiS2）作为使用Na+基有机电解质的TiS2/活性炭不对称钠离子超级电容器的负极材料。这种超级电池的工作电压高达3 V。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对负极的物理性能进行了表征。电化学性能测试表明，超级电池具有较高的倍率性能和良好的循环稳定性，在0.2 A g−1的电流密度下循环1000次后容量保持率为77%。

 

Fig. 1 Initial charge–discharge curves (a) and cycling stability curves (b) of TiS2 electrode between 2.8 and 0 V (vs. Na/Na+) at a current density of 0.1 A g−1【1】

 

TiS2的储钠能力通过Na/TiS2半电池的充放电曲线进行评估，如图1所示。在电池电压0至2.8V范围内，TiS2电极进行初始放电（钠吸收） ）和充电（钠释放）容量分别为 538 和 206 mAh g−1。容量在最初的五个循环中迅速下降，然后趋于稳定，并且也表现出较高的循环效率。第一次放电曲线在 1.1V 处显示一个平台，第一次充电曲线显示一些小的平台。从第二个循环开始，观察到放电曲线的巨大变化。 1.1V 处的平台消失了。

Fig. 2 Electrochemical impedance spectra (EIS) of TiS2【1】

 

图2显示了TiS2负极在充放电之前的EIS谱，频率范围为100 kHz至10 mHz。阻抗谱由中高频率区域中的凹陷半圆和低频区域中的斜线组成。半圆对应于电极/电解质界面处的电荷转移电阻（Rct），低频域中的直线对应于半无限瓦尔堡扩散过程（Niu et al 2016）。 TiS2的欧姆阻抗和电荷转移电阻相对较小。

 

Fig. 3 Initial charge–discharge curves for TiS2/AC (a, c) and AC/AC (b, d) cells at a current density of 0.2 A g−1【1】

 

TiS2/AC 超级电容器的性能 图3a、c 显示了TiS2/AC 超级电容器在0.2 A g−1 电流密度下的初始充放电曲线。正极材料和负极材料的质量相等。实际上，TiS2/AC超级电容器是一种“双离子”储能装置。 AC正极依靠其大的比表面积可逆地吸附PF-6阴离子，并被归类为电容机制。在负极，Na+嵌入TiS2电极的层状结构中，这是一种电池机制储能。因此，TiS2/AC 储能装置被称为“超级电池”。

 

仅由于吸附机制，插层行为导致曲线弯曲，与斜线弯曲不同。为了进行比较，AC/AC对称电容器的充放电曲线如图3b、d所示。显然，AC/AC对称电容器的电压范围（0-2.5 V）和放电容量（仅20 mAh g−1）均远低于TiS2/AC超级电容器。由于正极和负极均通过吸附机制储存能量，因此充电和放电曲线呈直线。

 

商业TiS2首先被用作Na+超级电容器的负极材料。这种超级电池不仅价格低廉，而且储量丰富。 TiS2电极可以在低电位范围内可逆地容纳Na+，不会对TiS2的结构造成破坏。因此，TiS2/AC超级电池具有优异的优点，例如长循环寿命和高倍率性能。 TiS2/AC超级电池是锂离子电池的有前途的替代品。

 

【1】Zhao, LP., Liu, G., Zhang, P. et al. TiS2 as negative electrode material for sodium-ion supercapattery. Chem. Pap. 73, 2583–2589 (2019). https://doi.org/10.1007/s11696-019-00812-y

 

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