Nanoconfined Strategy Optimizing Hard Carbon for Robust Sodium Storage

材料科学 碳纤维 化学工程 纳米技术 工艺工程 复合材料 工程类 复合数
作者
Zhenqi Song,Miaoxin Di,Xinyue Zhang,Ziyang Wang,Suhua Chen,Qianyu Zhang,Ying Bai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (43) 被引量:149
标识
DOI:10.1002/aenm.202401763
摘要

Abstract Developing non‐graphitic carbons with unique microstructure is a popular strategy to enhance the significant potential in practical applications of sodium‐ion batteries (SIB), while the electrochemical performance imbalances arising from their intricate active surface and porous structure pose significant challenges to its commercialization. Inspired by the structure of biological cell membranes, N/P co‐doped hard carbon nanospheres (NPCS) anodes with abundant ultramicropores (≈0.6 nm) are proposed and synthesized as robust sodium anodes. Based on density functional theory calculations, optimizing ultramicropores can enable small Na + to be well confined within the pores and hinder large solvent molecules from invading and reacting, introducing N/P species contributes to the rapid adsorption/diffusion of Na + . In situ XRD and Raman analysis suggest that the nanoconfinement strategy induced by abundant ultramicropores and N/P co‐doping enables highly reversible electrochemical reactions. Electrochemical test confirms that the nanoconfinement strategy endows the NPCS anode with high reversible capacity (376.3 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ), superior initial coulombic efficiency (87.3% at 1.0 A g −1 ), remarkable rate capability (155.6 mAh g −1 at 50.0 A g −1 ) and excellent cycling stability (with capacity retention of ≈94.6% after 10 000 cycles), lightening a promising avenue for developing SIB with robust durability.
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