Dual-Functionalized Ca Enables High Sodiation Kinetics for Hard Carbon in Sodium-Ion Batteries

材料科学 阳极 动力学 微晶 扩散 化学工程 微观结构 离子 纳米技术 电极 结晶学 化学 复合材料 物理化学 有机化学 物理 量子力学 工程类 冶金 热力学
作者
Ying Liu,Ji‐Quan Shi,Feng Wu,Yu Li,Xin Feng,Mingquan Liu,Chuan Wu,Ying Bai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 2397-2407 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.3c16484
摘要

Hard carbons (HCs), while a leading candidate for sodium-ion battery (SIB) anode materials, face challenges in their unfavorable sodiation kinetics since the intricate microstructure of HCs complicates the Na+ diffusion channel. Herein, a Hovenia dulcis-derived HC realizes a markedly enhanced high-rate performance in virtue of dual-functionalized Ca. The interlayer doped Ca2+ effectively enlarges the interlayer spacing, while the in situ-formed CaSe templates induce the formation of hierarchical pore structures and intrinsic defects, significantly providing fast Na+ diffusion channels and abundant active sites and thus enhancing the sodium storage kinetics. Achieved by the synergistic effect of regulation of intrinsic microcrystalline and pore structures, the optimized HC shows remarkable performance enhancements, including a high reversible capacity of 350.3 mA h g–1 after 50 cycles at 50 mA g–1, a high-capacity retention rate of 95.3% after 1000 cycles, and excellent rate performance (108.4 mA h g–1 at 2 A g–1). This work sheds light on valuable insight into the structural adjustment of high-rate HCs, facilitating the widespread utilization of SIBs.
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