Sodium storage mechanism of N, S co-doped nanoporous carbon: Experimental design and theoretical evaluation

材料科学 阳极 电解质 兴奋剂 纳米孔 电化学 化学工程 碳纤维 无机化学 纳米技术 电极 复合材料 物理化学 化学 光电子学 复合数 工程类 冶金
作者
Yang Liu,Yun Qiao,Gangya Wei,Shuo Li,Zhansheng Lu,Xiaobing Wang,Xiangdong Lou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:11: 274-281 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2017.09.003
摘要

Abstract Designing carbonaceous materials with novel structure as anodes is currently an important strategy to improve the electrochemical performance for sodium-ion batteries. Herein, we report a facile and effective method to fabricate 3D porous structured carbon with N and S co-doping. As anode material, the co-doped porous carbon exhibits a high reversible capacity of 260 mA h g–1 after 1000 charge/discharge cycles at a current density of 0.5 A g–1. Even at a very high rate of 10 A g–1, the capacity can still reach 172 mA h g−1, indicative of an excellent rate capability. These results demonstrate the synergistic effect is beneficial for the sodium storage performance in N, S co-doped 3D nanoporous carbon. Furthermore, the first principles calculations further confirm the synergistic effect from N, S co-doping, which not only promotes electronegativity of carbon and enhances the absorption of Na+ ions, but also decreases the diffusion barrier for better mobility of sodium. The co-doping carbon with 3D hierarchical porous structure can greatly provide enough paths for the permeation of electrolyte, and modify the interlayer of carbon, leading to an enhanced sodium storage performance.
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