g-C3N4 in situ derived ionic-electronic dual-conducting interlayer with N-rich sites for long lifespan sodium metal anodes

材料科学 电解质 离子键合 成核 金属 阴极 阳极 化学工程 冶金 离子 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Jin Wang,Zhixiao Liu,Baihua Qu,Zhipeng Li,Yiming Zhang,Chunliu Xu,Chen Zhao,Qingshui Xie,Ming‐Sheng Wang,Miao Lü,Junmei Zhao,Jingfeng Wang,Dong‐Liang Peng,Fusheng Pan,Yong‐Sheng Hu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:59: 102793-102793 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102793
摘要

Sodium (Na) metal has been considered as promising anode materials for next generation high-energy-density Na-based batteries due to its high theoretical capacity, abundant resources and low cost. However, the unstable electrode/electrolyte interface caused by side reaction and dendrite growth usually results in unsatisfying cycling lifespan of Na metal batteries. Herein, an ionic-electronic dual-conducting interlayer with N-rich sites is constructed upon Na metal anode by an in situ reaction between metallic Na and graphitic carbon nitride (g-C3N4). Benefiting from the strong absorption to Na+, the abundant N-sites in interlayer can form transient Na-N bonds to stabilize the electrode/electrolyte interphase for uniform Na nucleation and growth. Meanwhile, the ionic-electronic dual-conducting interlayer contributes to gradient and uniform Na deposition. As a result, the Na symmetric cells can be cycled stably for an exceptionally prolonged over time of 6000 h with a much lower voltage hysteresis at 1 mA cm−2. Moreover, the full cells paired with the constructed Na anode and Na3V2(PO4)3 cathode show an outstanding capacity retention of 96.2% after 1200 cycles at 3 C (while a sharp decay after 760 cycles for bare Na anodes). It is believed that this work provides a rational interface design that stimulates further large-scale utilization of Na metal batteries.
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