マグネシウム二次電池用メソポーラスCuSナノチューブ正極材料のカップルス・セルフドーピング調整効果

Cuprous Self-Doping Regulated Mesoporous CuS Nanotube Cathode Materials for Rechargeable Magnesium Batteries.

• Changliang Du
• Youqi Zhu
• Zhitao Wang
• Liqin Wang
• Waqar Younas
• Xilan Ma
• Chuanbao Cao

抄録

銅硫化物は、560 mAh g-1という高い理論容量のため、マグネシウム二次電池の正極材料として広く検討されている。しかし、CuS正極は、通常、マグネシウム化・脱マグネシウム化を繰り返す過程で構造崩壊を起こし、容量の低下に悩まされている。ここでは、マグネシウム二次電池用の堅牢な構造安定性を持つメソポーラスCuSナノチューブを合成し、その電気化学的なマグネシウム貯蔵挙動を制御するための銅系セルフドーピング戦略を提示する。電気化学的には、メソポーラスCuSナノチューブが高い比容量,優れたサイクル性能,優れたレート性能を示すことを示した。メソポーラスCuSナノチューブの放電容量は、20 mA g-1で約281.2 mAh g-1、500 mA g-1で168.9 mAh g-1に達した。さらに、550サイクル後には、1A g-1で72.5 mAh g-1の可逆容量を持つ超長期サイクル安定性が得られた。これらの結果は、メソポーラスナノチューブ構造と単純な銅セルフドーピング効果により、硫化銅正極材料のマグネシウム二次電池への実用化を促進できることを示している。

Copper sulfides are broadly explored as the possible cathode materials for rechargeable magnesium batteries on account of their high theoretical capacity of 560 mAh g-1. However, the CuS cathodes usually suffer from serious capacity decay caused by structure collapse during the repeated magnesiation/demagnesiation process. Herein, we present a cuprous self-doping strategy to synthesize mesoporous CuS nanotubes with robust structural stability for rechargeable magnesium batteries and regulate their electrochemical magnesium storage behavior. Electrochemical results show that the mesoporous CuS nanotubes can exhibit high specific capacity, remarkable cycling performance and good rate capability. The observed discharge capacity of the mesoporous CuS nanotubes could reach at about 281.2 mAh g-1 at 20 mA g-1, and 168.9 mAh g-1 at 500 mA g-1. Furthermore, a remarkable ultra-long-term cyclic stability with a reversible capacity of 72.5 mAh g-1 at 1 A g-1 is obtained after 550 cycles. These results demonstrate that the mesoporous nanotube structure and the simple cuprous self-doping effect could promote the practical application of copper sulfide cathode materials for rechargeable magnesium batteries.