Manipulating Adsorption–Insertion Mechanisms in Nanostructured Carbon Materials for High‐Efficiency Sodium Ion Storage

法拉第效率 插层(化学) 材料科学 阳极 吸附 化学工程 石墨 碳纤维 电化学 离子 纳米技术 无机化学 电极 复合材料 有机化学 物理化学 化学 工程类 复合数
作者
Qiu Shen,Lifen Xiao,Maria L. Sushko,Kee Sung Han,Yuyan Shao,Mengyu Yan,Xinmiao Liang,Liqiang Mai,Jiwen Feng,Yuliang Cao,Xinping Ai,Hanxi Yang,Jun Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (17) 被引量:854
标识
DOI:10.1002/aenm.201700403
摘要

Hard carbon is one of the most promising anode materials for sodium‐ion batteries, but the low Coulombic efficiency is still a key barrier. In this paper, a series of nanostructured hard carbon materials with controlled architectures is synthesized. Using a combination of in situ X‐ray diffraction mapping, ex situ nuclear magnetic resonance (NMR), electron paramagnetic resonance, electrochemical techniques, and simulations, an “adsorption–intercalation” mechanism is established for Na ion storage. During the initial stages of Na insertion, Na ions adsorb on the defect sites of hard carbon with a wide adsorption energy distribution, producing a sloping voltage profile. In the second stage, Na ions intercalate into graphitic layers with suitable spacing to form NaC x compounds similar to the Li ion intercalation process in graphite, producing a flat low voltage plateau. The cation intercalation with a flat voltage plateau should be enhanced and the sloping region should be avoided. Guided by this knowledge, nonporous hard carbon material has been developed which has achieved high reversible capacity and Coulombic efficiency to fulfill practical application.
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