Ultrafast and Controllable Construction of Sb Particle-Loaded Bead-Like Carbon Nanofibers for Long Cycle-Life Sodium-Ion Storage

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作者
Xin Luo,Xueyan Wu,Yanchun Pei,Yan Lv,Rui Xue,Chunmei Ma,Chan Liu,Jixi Guo
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (8): 3749-3759 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c06192
摘要

Antimony (Sb) exhibits excellent conductivity and reactivity with sodium ions, which can be attributed to its distinctive puckered layer structure. Additionally, it has the potential to achieve a high theoretical capacity of 660 mAh g–1 through the formation of Na3Sb. However, the significant volume expansion (approximately 390%) that occurs during the charging process restricts its practical applications. To tackle these challenges, we developed a fast Joule heating technique to successfully ultrafast construct Sb nanoparticles into the bead-like structure of N,S-codoped asphalt-based carbon fibers (N/S-CNF). This unique bead-like structure effectively inhibits the volume expansion of the metal during the charging and discharging process. In addition, the 1D carbon nanofibers contribute to the formation of a robust electrode framework and enable fast electron transfer during cycling to facilitate the kinetics. These advantages together contribute to the excellent cycling stability and rate performance of self-supported Sb@N/S-CNF nanocomposites used as anode materials for sodium-ion batteries (SIBs). The specific capacity was still as high as 263.46 mAh g–1 at 0.1 A g–1after 150 cycles and 221.1 mAh g–1 at 0.5 A g–1 after 750 cycles with a capacity retention rate of 83.9%. These findings provide ideas for the ultrafast preparation of binder-free Na+ storage nanomaterials.
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