Multi-Dimensional Carbon Network Engineering for Durable Na 2+2 x Fe 2– x (SO 4 ) 3 Cathodes: Accessing High-Rate Sodium Storage and Air-Stable Storage

材料科学 石墨烯 碳纤维 炭黑 氧化物 碳纳米管 化学工程 纳米技术 涂层 乙炔 储能 石墨 耐久性 钠离子电池 相(物质) 活性炭 阴极 氧化石墨 商业化 散热膏 碳化物衍生碳 复合材料 气相 电磁屏蔽
作者
Jiahui Zhao,Haoyu Li,Weijian Song,Xinrui Mao,Wang Yongwei,Zhenguo Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (47): 64490-64499
标识
DOI:10.1021/acsami.5c16853
摘要

Na2+2xFe2-x(SO4)3 (NFS) is a promising high-voltage cathode of Sodium-Ion Batteries (SIBs), but its commercialization is limited by poor air stability, low electronic conductivity, and phase impurities. Carbon compositing has been widely recognized as an effective strategy, yet the correlation between carbon dimensionality and functional mechanisms remains insufficiently understood. This study conducts a dimension-engineered carbon coating with acetylene black (0 D), carbon nanotubes (1 D), and graphene oxide (2 D). Structural characterization verifies enhanced phase purity and tailored carbon incorporation enabled by all dimensional carbon coating. NFS@CNT demonstrates 83.21% capacity retention after 1000 cycles at 1 C and retains 93.10% of its 0.1 C discharge capacity even at 5 C. As to thermal and air stability, Carbon nanotubes unexpectedly enable phase integrity up to 500 °C. Graphene oxide can provide effective physical shielding with strong hydrophobicity and layered structure. Moreover, acetylene black exhibits 95.36% capacity retention after 42 days of ambient exposure. This study not only elucidates the mechanism of dimension-dependent carbon interface engineering but also presents a practical strategy for enhancing the durability of NFS cathodes.
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