MOF-derived porous carbon nanofibers wrapping Sn nanoparticles as flexible anodes for lithium/sodium ion batteries

材料科学 阳极 碳纳米纤维 静电纺丝 化学工程 电化学 纳米纤维 聚丙烯腈 纳米颗粒 锂(药物) 多孔性 纳米技术 电极 碳纤维 复合材料 碳纳米管 聚合物 内分泌学 物理化学 工程类 复合数 化学 医学
作者
Shaoqing Zhu,Aoming Huang,Qian Wang,Ye Xu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:32 (16): 165401-165401 被引量:47
标识
DOI:10.1088/1361-6528/abd8f8
摘要

Abstract Facile synthesis of flexible electrodes with high reversible capacity plays a key role in meeting the ever-increasing demand for flexible batteries. Herein, we incorporated Sn-based metal-organic framework (Sn-MOF) templates into crosslinked one-dimensional carbon nanofibers (CNFs) using an electrospinning strategy and obtained a hierarchical porous film (Sn@C@CNF) after a carbothermal reduction reaction. Merits of this modification strategy and its mechanism in improving the electrochemical performance of Sn nanoparticles (NPs) were revealed. Electrospun CNFs substrate ensured a highly conductive skeleton and excellent mechanical toughness, making Sn@C@CNF a self-supported binder-free electrode. Serving as a self-sacrificing template, Sn-MOF provided Sn NPs and derived into porous structures on CNFs after pyrolysis. The hierarchical porous structure of the carbon substrate was beneficial to enhancing the Li + /Na + storage of the active materials, and the carbon wrappings derived from polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and the MOF skeleton could jointly accommodate the violent volume variation during cycling, enabling Sn@C@CNF to have excellent cycle stability. The Sn@C@CNF anode exhibited a stable discharge specific capacity of 610.8 mAh g −1 under 200 mA g −1 for 180 cycles in lithium ion batteries (LIBs) and 360.5 mAh g −1 under 100 mA g −1 after 100 cycles in sodium ion batteries (SIBs). As a flexible electrode, Sn@C@CNF demonstrated a stable electromechanical response to repeated ‘bending-releasing’ cycles and excellent electrochemical performance when assembled in a soft-pack half-LIB. This strategy provided promising candidates of active materials and fabrication methods for advanced flexible batteries.
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