钠离子电池（SIBs）因其在大规模储能系统中的潜在应用而备受关注。在这项工作中，通过静电纺丝设计并合成了Fe7S8纳米颗粒/N掺杂碳纳米纤维杂化物（Fe7S8/N-CNFs）。作为SIBs负极，Fe7S8/N-CNFs在0.2A/g下循环100次后表现出649.9mAh/g的高可逆容量，在1A/g下进行2000次循环期间显示出优异的循环稳定性，每个循环的容量衰减仅为0.00302％。如此优异的性能源于：i）Fe7S8纳米粒子（平均直径为17nm），缩短了Na+扩散距离；ii）独特的3D N-CNFs，可增强导电性，减轻Fe7S8纳米粒子的自聚集和大体积变化，并为Na+吸附提供众多活性位点和电解质扩散路径。Fe7S8/N-CNFs有利的结构和优异的电化学性能为开发高性能SIBs负极材料提供了启示。
图1.Fe7S8/N-CNFs的制备过程示意图。
图2.a）Fe7S8/N-CNFs的XRD图。b）Fe7S8/N-CNFs的拉曼光谱。c）Fe7S8/N-CNFs的N2吸附/解吸等温线和孔径分布（插图）。d）Fe7S8/N-CNFs的FESEM图像。e）Fe7S8/N-CNFs的HRTEM图像和粒度分布（插图）。f）Fe7S8/N-CNFs的HRTEM图像。g）Fe7S8/N-CNFs的扫描TEM图像。（h，i，j和k）分别为C、Fe、S和N的相应元素映射图像。（l，m和n）分别为Fe2p、S2p和N1s的高分辨率XPS光谱。
图3.a）Fe7S8/N-CNFs电极在0.1mV/s扫描速率下的CV曲线。b）Fe7S8/N-CNFs电极在0.1A/g下进行第一次、第二次、第30次、第50次和第100次循环的恒电流充电和放电曲线。c）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C电极在0.2A/g下的循环性能以及Fe7S8/N-CNFs电极在0.2A/g下的CE。d）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C电极在不同电流密度下的倍率性能。e）Fe7S8/N-CNFs和Fe7S8/C电极在1A/g下的长期循环性能以及Fe7S8/N-CNFs电极在1A/g下的CE。f）Fe7S8/N-CNFs电极与各种最近报道的高性能硫化铁负极的循环性能比较。
图4.a）Fe7S8/N-CNFs电极在0.2-1.2mV/s不同扫描速率下的CV曲线。b）在特定峰值电流下Fe7S8/N-CNFs的Log（i）与log（v）图。c）Fe7S8/N-CNFs在0.5mV/s下对电荷存储的电容和扩散控制贡献。d）不同扫描速率下Fe7S8/N-CNFs电容和扩散控制容量的归一化贡献率。e）Fe7S8/N-CNFs作为SIBs负极的优势示意图。
图5.第一次充电/放电后非原位表征SIBs中Fe7S8/N-CNFs电极的电化学反应机制。a）Fe7S8/N-CNFs完全放电后的非原位HRTEM图像。b）Fe7S8/N-CNFs电极完全放电后的扫描TEM图像。c）Na、d）C、e）Fe、f）S和g）N元素的相应元素映射。h）Fe7S8/N-CNFs完全充电后的非原位HRTEM图像。i）Fe7S8/N-CNFs电极完全充电后的扫描TEM图像。j）Na、k）C、l）Fe、m）S和n）N元素的相应元素映射。
图6.a）全电池示意图。b）全电池在0.1A/g时的恒电流充电/放电曲线。c）全电池在0.1A/g时的循环性能和CE。d）由全电池点亮红色LED的光学照片。
