Double‐Reinforced Nano‐Sized Ferrosoferric Oxide/Carbon Core–Shell Nanorods Enabling Durable Sodium‐Ion Hybrid Capacitors

材料科学 阳极 纳米棒 化学工程 碳纤维 纳米颗粒 纳米技术 储能 复合数 复合材料 电极 化学 物理 量子力学 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Zengwei Pang,Miaomiao Liu,Shenteng Wan,Yongdong Liu,Xiaohui Niu,Deyi Zhang,Yingde Wang,Hongxia Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (13): e2411436-e2411436 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202411436
摘要

Abstract Sodium‐ion hybrid capacitors (SIHCs) represent a promising option for cost‐effective grid‐scale energy storage due to their combination of high energy and power densities, as well as excellent cycle stability. However, the practical application of SIHCs is hindered by the lack of advanced anode materials that exhibit fast ion diffusion kinetics and robust structures. Herein, a novel design featuring a nano‐sized Fe 3 O 4 is developed, that is double‐reinforced by porous carbon derived from metal‐organic frameworks (MOFs) as the inner core support and N, P‐co‐doped carbon from a polymer decomposition as the outer shell, resulting in a robust pencil‐like core–shell structural composite (Fe 3 O 4 /NPC). The Fe 3 O 4 nanograins and abundant surface groups containing N and P reduce the charge/electron transfer distance and provide numerous pseudocapacitive active sites, guaranteeing high energy output and superior rate capability. The optimized core–shell structure and interconnected carbon framework effectively accommodate volume changes, prevent nanoparticle agglomeration, and facilitate ion/electron transport, thereby ensuring structural integrity and rapid kinetics. In testing, Fe 3 O 4 /NPC demonstrated superior cycling durability, retaining 86.6% of its initial capacity after 2500 cycles in sodium‐ion batteries (SIBs). Impressively, the assembled SIHC achieved a notable energy density of 147.1 W h kg −1 and maintained 92% capacity after 8000 cycles.
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