Atomic Sn–enabled high-utilization, large-capacity, and long-life Na anode

成核 阳极 材料科学 同种类的 化学工程 耐久性 集聚经济 纳米技术 化学 复合材料 热力学 物理化学 物理 电极 工程类 有机化学
作者
Fei Xu,Changzhen Qu,Qiongqiong Lu,Jiashen Meng,Xiuhai Zhang,Xiaosa Xu,Yuqian Qiu,Baichuan Ding,Jiaying Yang,Fengren Cao,Penghui Yang,Guangshen Jiang,Stefan Kaskel,Jingyuan Ma,Liang Li,Xingcai Zhang,Hongqiang Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (19) 被引量:89
标识
DOI:10.1126/sciadv.abm7489
摘要

Constructing robust nucleation sites with an ultrafine size in a confined environment is essential toward simultaneously achieving superior utilization, high capacity, and long-term durability in Na metal-based energy storage, yet remains largely unexplored. Here, we report a previously unexplored design of spatially confined atomic Sn in hollow carbon spheres for homogeneous nucleation and dendrite-free growth. The designed architecture maximizes Sn utilization, prevents agglomeration, mitigates volume variation, and allows complete alloying-dealloying with high-affinity Sn as persistent nucleation sites, contrary to conventional spatially exposed large-size ones without dealloying. Thus, conformal deposition is achieved, rendering an exceptional capacity of 16 mAh cm-2 in half-cells and long cycling over 7000 hours in symmetric cells. Moreover, the well-known paradox is surmounted, delivering record-high Na utilization (e.g., 85%) and large capacity (e.g., 8 mAh cm-2) while maintaining extraordinary durability over 5000 hours, representing an important breakthrough for stabilizing Na anode.
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