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Molecular Stitching in Polysaccharide Precursor for Fabricating Hard Carbon with Ultra‐High Plateau Capacity of Sodium Storage

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作者
Zhenzhuang Wen,Ruiguang Zhao,Tongtong Tian,Tao Zhang,Xin Wang,Xinyi Yang,Wanqing Song,Yanan Chen,Jia Ding,Wenbin Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (18): e2420251-e2420251 被引量:67
标识
DOI:10.1002/adma.202420251
摘要

Abstract High energy density of sodium‐ion batteries (SIBs) requires high low‐voltage capacity and initial Coulombic efficiency for hard carbon. However, simultaneously achieving both characteristics is a substantial challenge. Herein, a unique molecular stitching strategy is proposed to edit the polymeric structure of common starch for synthesizing cost‐effective hard carbon (STHC‐MS). A mild air‐heating treatment toward starch is employed to trigger the esterification reaction between carboxyl and hydroxy groups, which can effectively connect the branched polysaccharide chains thereby constructing a highly cross‐linked polymeric network. In contrast with the pristine branched‐chain starch, the cross‐linking structured precursor evolves into highly twisted graphitic lattices creating a large population of closed ultramicro‐pores (<0.3 nm) enabling the storage of massive sodium clusters. Resultantly, STHC‐MS delivers a reversible capacity of 348 mAh g −1 with a remarkable low‐voltage (below 0.1 V) capacity of 294 mAh g −1 , which becomes more attractive by combining the high initial Coulombic efficiency of 93.3%. Moreover, STHC‐MS exhibits outstanding stability of 0.008% decay per cycle over 4800 cycles at 1 A g −1 . STHC‐MS||Na 3 V 2 (PO 3 ) 4 full cells achieve an energy density of 266 Wh kg −1 , largely surpassing the commercial hard carbon‐based counterpart. This work opens the avenue of molecular‐level modulation in organic precursors for developing high‐performance hard carbon in SIBs.
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