Zinc−Ion−Assisted Catalytic Synthesis of Hard Carbon with Superior Plateau Capacity and ICE for Sodium−Ion Batteries

材料科学 法拉第效率 阳极 碳纤维 化学工程 催化作用 高原(数学) 热解 电化学 纤维素 扩散 纳米技术 储能 离子 生物量(生态学) 氮气 电子转移 动力学
作者
Runyi Zhou,F. C. Zhou,Yanzhong Huang,Yong Zhao,Chuang Bao,Jiachen Tang,Yi Wu,Huachao Yang,Zheng Bo,Qian Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (33) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202527331
摘要

ABSTRACT Hard carbon is regarded as a highly attractive candidate for the anode in sodium−ion batteries (SIBs). Nevertheless, its practical commercial application is severely limited by unsatisfactory low−voltage plateau capacity (<0.1 V), low initial Coulombic efficiency (ICE), and slow electrochemical kinetics in the plateau region. Herein, we propose a simple and cost−effective one−step zinc−ion catalytic pyrolysis strategy to optimize cellulose hard carbon, which exhibits a combination of ultrahigh initial capacity of 480.8 mA h g −1 , a high ICE of 89.8%, and a plateau capacity of 326.5 mA h g −1 . During carbonization, the Zn 2+ ions act simultaneously as a graphitization catalyst and a pore−forming agent due to its vaporization, enabling in situ construction of a closed pore architecture at high temperatures. In addition, the residual Zn 2+ serve as anchoring sites that coordinate with nitrogen species to form a Zn─N 4 ─C configuration, which significantly enhances the dynamic diffusion of Na + and improves electron transfer kinetics. This facile and cost−effective method exhibits broad applicability to biomass precursors, providing valuable insights for the design of high−performance carbonaceous anodes in SIBs.
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