Pseudocapacitive contribution in sulfur-doped porous carbon nanosheets enables high-performance sodium-ion storage

材料科学 硫黄 多孔性 兴奋剂 化学工程 离子 碳纤维 纳米技术 化学 复合材料 光电子学 有机化学 复合数 冶金 工程类
作者
Tao Chen,Jihao Wu,Xu Zhang,Xinghua Han,Siyu Liu,Juan Yang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:227: 119276-119276 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.119276
摘要

Sulfur-doped carbon materials have sparked considerable attention as the anodes for sodium-ion batteries (SIBs) due to their relatively high reversible specific capacity and excellent pseudocapacitive effect. However, the content of sulfur dopants in carbon materials is usually limited and an efficient doping strategy is urgently imperative to date. Herein, a space-confined doping strategy is proposed to fabricate porous carbon nanosheets with high sulfur dopant content by using low-cost pitch as a precursor with the help of sodium thiosulfate (Na2S2O3). The thermostable nano-MgO used in this system can occupy the specific space during pitch decomposition to induce the formation of hierarchical carbon nanosheets. Interestingly, such a space-confinement effect of nano-MgO is able to enlarge the accessible contact area of reactants and inhibit the loss of sulfur from Na2S2O3, thus significantly increasing sulfur dopant content within carbon frameworks. The optimized sulfur-doped carbon nanosheets (S-PCNs-2) with a high sulfur content of about 20.56 wt.% as anode for SIBs delivers an ultrahigh pseudocapacitive contribution of 92.55% at 5 mV s-1 and thus enable a desirable specific capacity of 428.6 mAh g-1 at 0.1 A g-1 with a high initial Coulombic efficiency of 84.9% and superior rate performance of 380.6 mAh g-1 at 5 A g-1. Furthermore, a long cycling lifespan with a capacity retention of 88% after 1000 charge/discharge cycles can be achieved for the S-PCNs-2 anode. This work provides a simple yet efficient doping approach to fabricate carbon anodes with high heteroatom contents for SIBs.
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