Electrochemistry Enabled Heterostructure with High Tap Density for Ultrahigh Power Na‐Ion Capacitors

材料科学 功率密度 电化学 阳极 电容器 异质结 电极 自来水 化学工程 纳米技术 光电子学 电气工程 电压 功率(物理) 化学 物理化学 环境工程 热力学 物理 工程类
作者
Jieming Cai,Linsong Wang,Shusheng Tao,Youcai Liu,Ziwei Cao,Zirui Song,Xuhuan Xiao,Yirong Zhu,Wentao Deng,Hongshuai Hou,Yue Yang,Wei Sun,Guoqiang Zou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (44) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/aenm.202302426
摘要

Abstract Developing electrode materials with high tap density, low cost, and superior performance poses a formidable challenge in electrochemistry. The impressive performance exhibited by most electrodes comes at the expense of tap density and cost, severely limiting their practical applications. Here, combining computational and experimental results, an approach for the electrode materials with high tap density and rich heterostructure (Cu 2 S/Na 2 S n ) from cheap copper smelting slag enabled by an electrochemical process is proposed, reducing the diffusion energy barrier from 0.82 to 0.28 eV for Na + , as well as delivering an impressively high tap density of 3.32 g cm −3 . Furthermore, the electrochemical activation process that irreversibly generates more stable Cu 2 S and Na 2 S n after the first charge progress of parent materials is also revealed by in/ex situ analytical techniques. As expected, assembled sodium ion capacitors (SICs) achieve high energy density (74.4 Wh kg −1 ) at high power density (20 000 W kg −1 ) with outstanding capacity retention of 81.5% after 10 000 cycles, delivering over 76% of its energy density in 13.4 s, which surpasses the performance achieved by state‐of‐the‐art SICs. This work not only provides novel insights into irreversibly conversion‐type anodes but also introduces a method for efficient value‐added utilization of smelting slag.
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