SCOPUS
SCIE
Two-Dimensional WS<sub>2</sub>@Nitrogen-Doped Graphite for High-Performance Lithium Ion Batteries: Experiments and Molecular Dynamics Simulations
저자
Debela, Tekalign Terfa ; Lim, Young Rok ; Seo, Hee Won ; Kwon, Ik Seon ; Kwak, In Hye ; Park, Jeunghee ; Cho, Won Il ; Kang, Hong Seok
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
37928-37936(9쪽)
제공처
<P>As promising candidates for anode materials in lithium ion batteries (LIB), two-dimensional tungsten disulfide (WS<SUB>2</SUB>) and WS<SUB>2</SUB>@(N-doped) graphite composites were synthesized, and their electrochemical properties were comprehensibly studied in conjunction with calculations. The WS<SUB>2</SUB> nanosheets, WS<SUB>2</SUB>@graphite, and WS<SUB>2</SUB>@N-doped graphite (N-graphite) exhibit outstanding cycling performance with capacities of 633, 780, and 963 mA h g<SUP>-1</SUP>, respectively. To understand their lithium storage mechanism, first-principles calculations involving a series of ab initio <I>NVT</I>-<I>NPT</I> molecular dynamics simulations were conducted. The calculated discharge curves for amorphous phase are well matched with the experimental ones, and the capacities reach 620, 743, and 915 mA h g<SUP>-1</SUP> for WS<SUB>2</SUB>, WS<SUB>2</SUB>@graphite, and WS<SUB>2</SUB>@N-graphite, respectively. The large capacities of the two composites can be attributed to the tendency of W and Li atoms to interact with graphite, suppressing the formation of W metal clusters. In the case of WS<SUB>2</SUB>@N-graphite, vigorous amorphization of the N-graphite enhances the interaction of W and Li atoms with the fragmented N-graphite in such a way that unfavorable Li-W repulsion is avoided at very early stage of lithiation. As a result, the volume expansion in WS<SUB>2</SUB>@graphite and WS<SUB>2</SUB>@N-graphite is calculated to be remarkably small (only 6 and 44%, respectively, versus 150% for WS<SUB>2</SUB>). Therefore WS<SUB>2</SUB>@(N-)graphite composites are expected to be almost free of mechanical pulverization after repeated cycles, which makes them promising and excellent candidates for high-performance LIBs.</P>
[FIG OMISSION]</BR>
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