Foldable anode-free sodium batteries enabled by N,P-codoped carbon macroporous fibers incorporated with CoP nanoparticles

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作者
Yongling An,Zhihao Pei,Deyan Luan,Xiong Wen Lou
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (19): eadv2007-eadv2007 被引量:54
标识
DOI:10.1126/sciadv.adv2007
摘要

Anode-free sodium batteries (AFNBs) are regarded as promising alternatives for next-generation energy storage systems because of their high energy density, high safety, cost-effectiveness, and simple manufacturing processes. However, their practical application is limited by a low coulombic efficiency (CE) and a short lifespan resulting from a large volume change and the growth of Na dendrites. Here, we propose a three-dimensional versatile host composed of interconnected N,P-codoped carbon macroporous fibers incorporated with CoP nanoparticles (denoted as CoP@N/P-CMFs) for selective nucleation and uniform deposition of Na. The porous skeleton reduces structural stress and inhibits dendrite growth by decreasing local current density and homogenizing Na + flux. Furthermore, the sodiophilic CoP and N,P-codoped carbon reduce the energy barrier for Na nucleation, further manipulating homogeneous Na growth. Consequently, the CoP@N/P-CMFs exhibit an ultrahigh CE of more than 99.97% (10 milliamperes per square centimeter and 10 milliampere-hours per square centimeter) and dendrite-free Na deposition. When coupled with a Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 cathode, the assembled foldable AFNBs demonstrate stable cycling performance.
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