为了提高锂离子电池负极的利用率，改善过渡金属硫化物的储锂稳定性和动力学性性能很重要，因为这关系到更高效、耐用且环保的电池技术的开发。为此，来自湖南理工学院的王溦教授团队发布了“Efficient and stable lithium storage of porous carbon fiber composite bimetallic sulfides (FeS-ZnS) anode”（多孔碳纤维复合双金属硫化物 （FeS-ZnS） 负极用作高效稳定地储锂）的最新研究成果。该团队通过简单的静电纺丝技术结合热处理，成功制备了具有多孔结构的FeS-ZnS/PCFs复合材料，并显著提升了锂存储性能。这一成果为高性能锂离子电池负极材料的设计提供了新的思路，为开发更高效、耐用且环境可持续的电池技术提供了理论和实验依据。该成果发布在《Energy Materials》期刊。

本研究利用二乙基二硫代氨基甲酸锌（ZDEC）中过剩的硫含量作为硫和锌源，以乙酰丙酮铁作为铁源，采用聚丙烯腈（PAN）作为静电纺丝基质，聚氧乙烯 - 聚氧丙烯 - 聚氧乙烯共聚物（Pluronic P123）作为软模板，通过简单的静电纺丝技术和煅烧工艺制备了双金属硫化物 / 多孔碳纤维（FeS-ZnS/PCFs）复合材料。具体制备流程见图？

图 2. a. FeS-ZnS/PCFs-20%负极在0.2 A g⁻¹下的第1次和第5次充放电曲线 b. ZnS/PCFs负极的循环伏安曲线 c. FeS-ZnS/PCFs-20%负极的循环伏安曲线 d. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%负极在0.2 A g⁻¹下的循环性能 e. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%负极在不同电流密度（1, 2, 3, 4和5 A g⁻¹）下的倍率性能 f. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%负极在不同电流密度下的比容量柱状图 g. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%负极在1 A g⁻¹下的长循环性能

FeS-ZnS/PCFs-20% 阳极所表现出的显着锂存储能力可以用三个具体因素来解释。FeS 和 ZnS 的协同作用增强了材料的氧化还原活性，促进了锂化-脱锂过程。此外，在设计中加入各种过渡金属硫化物成分，允许单独储存锂，有效减少结构应变 的影响。最后，多过渡金属硫化物的晶界提供了许多活性位点，这些位点增强了电子传输和界面处锂离子的吸附。这提高了可以存储的电量，并允许快速充电和放电 。因此，与当前基于 ZnS 的研究相比，FeS-ZnS/PCFs-20% 阳极在锂存储容量方面表现出显着优势，如表 1 所示。

为了更深入地了解 FeS-ZnS/PCF-20% 储存锂的特殊能力，团队还采用了密度泛函理论 （DFT） 并对锂储存动力学进行了研究。密度泛函理论（DFT）计算表明，FeS-ZnS/PCFs-20%模型在费米能级附近有更多的d轨道，这有助于提高材料的电化学反应性（见图3d）。此外，DFT计算还显示FeS-ZnS/PCFs-20%的d带中心上移，有利于锂离子的吸附。储锂动力学分析表明，FeS-ZnS/PCFs-20%具有更高的锂离子扩散系数（DLi⁺）(见图3i)，这些数据分析都进一步证明了其优异的电化学性能。

图3： a. FeS的晶体结构模型 b. ZnS的晶体结构模型 c. 理论计算模型 d. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%的部分态密度（PDOS） e. FeS-ZnS/PCFs-20%负极在不同扫描速率下的循环伏安曲线 f. 使用峰值电流与扫描速率关系进行的b值拟合 g. 在1.0 mV s⁻¹下的循环伏安曲线及其电容贡献 h. 电容贡献与扫描速率的关系 i. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%负极的相应锂离子扩散系数 j. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%的EIS谱图 k. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%的Warburg阻抗的线性拟合 l. ZnS/PCFs和FeS-ZnS/PCFs-20%的DRT分析