A Robust Pomegranate‐Like CuSn@N,O‐C Anode for Superior Sodium‐Ion Storage

材料科学 阳极 多孔性 阴极 碳纤维 复合数 合金 压力(语言学) 电化学 热液循环 复合材料 结构稳定性 化学工程 金属 储能 壳体(结构) 粒子(生态学) 相(物质) 降级(电信) 电解质 纳米颗粒 纳米技术 冯·米塞斯屈服准则 芯(光纤) 压缩(物理) 氧化锡 多孔介质
作者
Bingjia Yin,Z H Wang,Rizhen Qin,Nana Wang,Meiqing Guo,Zhongchao Bai,Xiaojun Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75526
摘要

ABSTRACT Tin (Sn) metal possesses a high theoretical capacity as an anode for sodium‐ion batteries (SIBs), yet its practical use is hindered by poor cycling stability arising from severe mechanical degradation during repeated Na + insertion/extraction. Guided by stress distribution simulations, a pomegranate‐like architecture was identified as an optimal structural configuration, exhibiting ∼29% lower maximum von Mises stress than a conventional porous structure. Inspired by this design, a pomegranate‐structured composite was synthesized, featuring a porous CuSn alloy core encapsulated by a continuous N, O codoped carbon shell (CuSn@NOC). The material was fabricated through hydrothermal synthesis, polydopamine self‐polymerization, and oxygen‐deficient annealing. Benefiting from this hierarchical design, the anode delivers a high reversible capacity of 656.79 mAh g − 1 after 800 cycles at 500 mA g − 1 . A full cell paired with a Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 cathode achieves energy densities of 291.7 and 216.2 Wh kg − 1 at power densities of 1100 and 4400 W kg − 1 , respectively. Mechanistic analysis reveals that the porous core effectively dissipates stress, while the N‐doped carbon shell ensures structural integrity and suppresses particle pulverization. The synergistic effect with the electrochemically stable Cu 6 Sn 5 phase confers outstanding mechanical and electrochemical durability, offering a robust strategy for designing long‐life alloy‐based SIB anodes.
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