A sodiophilic carbon cloth decorated with Bi-MOF derived porous Bi@C nanosheets for stable Na metal anode

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作者
Jingyu Xu,Yangyang Xie,Jingqiang Zheng,Congyin Liu,Yanqing Lai,Zhian Zhang
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:903: 115853-115853 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2021.115853
摘要

Sodium (Na) metal anode has been considered as the promising candidate for next generation high-energy-density rechargeable batteries such as Na-S, Na-O2 and Na-CO2, owing to its high specific capacity, low electrode potential and low cost. Unfortunately, some intractable problems hinder the practical application, including volume change and dendrite formation induced by inhomogeneous Na nucleation. Herein, 3D carbon cloth (CC) supporting Bi-MOF derived carbon nanosheets containing Bi nanoparticles and carbon shells ([email protected]@C) were prepared to serve as Na deposition/dissolution hosts, integrating high surface area and favorable sodiophilicity. Due to the existence of Bi sodiophilic sites, Na nucleation and deposition can be induced, rendering uniform and dendrite-free morphology. Moreover, the 3D carbon framework can effectively reduce the current density and uniform distribution of Na+ flux, solving the uncontrolled Na dendrite growth. As a result, the [email protected]@C||Na half cell operating at 1 mA cm−2 for 1 mA h cm−2 exhibits 99.85% Coulombic efficiency for nearly 500 cycles. The symmetric cell maintains stable cycle for more than 300 h at 2 mA cm−2 for 2 mA h cm−2 with low overpotential. When paired a full cell with Na3V2(PO4)3 cathode, [email protected]@C anode exhibits a stable capacity of 103.4 mA h g−1 at 1C (1 C = 117 mA h g−1) over 150 cycles for 95.5% capacity retention with high CE of 99.0%. This work provides a facile strategy to inhibit dendrite growth and uniform Na deposition.
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