Ultra‐High Initial Coulombic Efficiency Induced by Interface Engineering Enables Rapid, Stable Sodium Storage

法拉第效率 电解质 纳米团簇 催化作用 纳米技术 材料科学 化学工程 化学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yanhua Wan,Keming Song,Weihua Chen,Changdong Qin,Xixue Zhang,Jiyu Zhang,Hongliu Dai,Zhe Hu,Pengfei Yan,Chuntai Liu,Shuhui Sun,Shulei Chou,Changyu Shen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (20): 11481-11486 被引量:154
标识
DOI:10.1002/anie.202102368
摘要

Abstract High initial coulombic efficiency is highly desired because it implies effective interface construction and few electrolyte consumption, indicating enhanced batteries’ life and power output. In this work, a high‐capacity sodium storage material with FeS 2 nanoclusters (≈1–2 nm) embedded in N, S‐doped carbon matrix (FeS 2 /N,S‐C) was synthesized, the surface of which displays defects‐repaired characteristic and detectable dot‐matrix distributed Fe‐N‐C/Fe‐S‐C bonds. After the initial discharging process, the uniform ultra‐thin NaF‐rich (≈6.0 nm) solid electrolyte interphase was obtained, thereby achieving verifiable ultra‐high initial coulombic efficiency (≈92 %). The defects‐repaired surface provides perfect platform, and the catalysis of dot‐matrix distributed Fe‐N‐C/Fe‐S‐C bonds to the rapid decomposing of NaSO 3 CF 3 and diethylene glycol dimethyl ether successfully accelerate the building of two‐dimensional ultra‐thin solid electrolyte interphase. DFT calculations further confirmed the catalysis mechanism. As a result, the constructed FeS 2 /N,S‐C provides high reversible capacity (749.6 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ) and outstanding cycle stability (92.7 %, 10 000 cycles, 10.0 A g −1 ). Especially, at −15 °C, it also obtains a reversible capacity of 211.7 mAh g −1 at 10.0 A g −1 . Assembled pouch‐type cell performs potential application. The insight in this work provides a bright way to interface design for performance improvement in batteries.
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