Long-aspect-ratio N-rich carbon nanotubes as anode material for sodium and lithium ion batteries

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作者
Siyu Zhong,Huaizhi Liu,Donghai Wei,Jinlong Hu,Hang Zhang,Hongshuai Hou,Meixia Peng,Guanhua Zhang,Huigao Duan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:395: 125054-125054 被引量:137
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.125054
摘要

An effective design of carbon materials with appropriate nanoarchitecture and optimized physicochemical property is critically demanded for superb lithium/sodium storage capacities. N-rich (up to 15.7%) hollow carbon nanotubes (NCNT) with long aspect ratio are well developed via a template method by exploring polypyrrole as the high nitrogen-containing carbon precursor. Owing to the hollow structure with large cavity and long aspect ratio, the NCNT exhibits Li+/Na+ storage capability with favorable volume buffer and rapid ion and electron transfer at high rate, resulting in long-term cycling and high-rate property. Meanwhile, the high N content creates abundant active sites and extrinsic defects, facilitating the improved specific capacity and rate performance. Impressively, our NCNT-600 electrode displays a favorable reversible capacity of 132 mAh g−1 after 5000 cycles at 4000 mA g−1 for SIBs and 170 mAh g−1 after 2000 cycles at the same current for LIBs. Further quantitative kinetic analysis reveals the dominated capacitive contribution of Li+/Na+ storage in NCNT, which is attributed to the porous hollow nanotubes and N-rich carbon with volume strain mitigation and enhanced electronic/ionic transfer capability. Given the cost-effectiveness and material sustainability, our work will shed light on the further design of other carbon-based materials for advanced energy storage devices.
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