Molecular-Scale Templating to Regulate Active-Rich Closed-Pore Structures in Polycyclic Aromatic Hydrocarbon-Based Hard Carbon for High-Plateau-Capacity Sodium Storage

倍半硅氧烷 材料科学 碳纤维 阳极 高原(数学) 多孔性 化学工程 收缩率 金属 纳米技术 块(置换群论) 多孔介质 储能 自组装 分子
作者
Zhijie Jiang,Jiapeng Zhang,Renjie Chen,Sihong Du,K. Li,Liewen Guo,Ang Li,Chuang Qiu,Xin Li,Xiaohong Chen,Huaihe Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (1): 1659-1668
标识
DOI:10.1021/acsami.5c21055
摘要

Hard carbon (HC) is considered as the most promising anode for sodium-ion batteries (SIBs), and the preparation of high-plateau-capacity HC anodes starting from porous carbon is an existing efficient strategy. However, the complex open-pore distributions in porous carbon hinder the understanding of how to create active-rich closed-pore structures (ACPs), and HC anodes based on polycyclic aromatic hydrocarbons still have lower plateau capacity. Herein, the molecular-scale template, polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS), serves as the building block to generate richer closed-pore structures. These structures are formed by the conversion of open pores featuring small sizes and narrow distributions, inhibiting π-π interactions in POSS-modified anthracene-derived hard carbon (PAHC). This allows the optimized PAHC to exhibit excellent sodium storage (499 mA h g-1) and a superhigh plateau capacity (392 mA h g-1) representing 78.5% of the total capacity. Furthermore, the corrected closed-pore volumes resulting from the shrinkage of open pores smaller than 1.6 nm present the strongest linear relationship (R2 = 0.90) with the plateau capacities of PAHC. These closed-pore structures are identified as ACPs. Capacity discharge curves demonstrate that the large-sized pores may promote sodium clusters to metallic sodium, producing inactive pore structures rather than ACPs.
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