Catalytic Tin Nanodots in Hard Carbon Structures for Enhanced Volumetric and Power Density Batteries

材料科学 纳米点 催化作用 碳纤维 纳米技术 功率密度 化学工程 功率(物理) 冶金 化学 复合材料 物理 复合数 工程类 量子力学 生物化学
作者
Sungho Choi,Dong‐Yeob Han,Taesoo Bok,Chihyun Hwang,Myung‐Jun Kwak,Joon-Hyuk Yim,Gyujin Song,Soojin Park
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (10): 10476-10488 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c00528
摘要

The demand for fast-charging and high-energy-density energy storage systems necessitates advanced anode materials with enhanced performance. This study introduces hard carbon-encaged tin (Sn) nanodots (HCSN) as a versatile composite anode for lithium-ion and sodium-ion batteries, designed to address the present challenges. HCSN is synthesized via a sol-gel process and controlled thermal reduction; subsequently, the HCSN700 electrode features uniformly distributed Sn nanodots within a robust hard carbon matrix, effectively mitigating volume expansion and enhancing structural stability. The structure enables fast-charging capabilities through improved electrochemical kinetics and delivers a high volumetric energy density in full cells. In lithium-ion batteries, HCSN700 achieves stable cycling performance and gradual capacity increases driven by catalytic Sn nanodots facilitating reversible Sn-O bond formation. In sodium-ion batteries, the electrode demonstrates reliable long-term operation, leveraging the synergy between hard carbon and nanosized Sn. This work underscores the potential of HCSN700 for high power and volumetric energy density applications in next-generation energy storage systems.
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