B, N Co‐Doped Hard Carbon Nano‐Sponge Enhancing Half and Full Cell Performance in Na‐Ion Batteries

阳极 材料科学 碳纤维 碳化 化学工程 钠离子电池 电流密度 纳米技术 热解 电极 复合材料 复合数 化学 法拉第效率 扫描电子显微镜 工程类 物理 物理化学 量子力学 冶金
作者
Shreyasi Chattopadhyay,Atin Pramanik,Tymofii S. Pieshkov,Gautam Chandrasekhar,Salma Alhashim,Róbert Vajtai,Pulickel M. Ajayan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (28): e2500120-e2500120 被引量:22
标识
DOI:10.1002/smll.202500120
摘要

Abstract Hard carbon is a promising anode material for next‐generation sodium‐ion batteries (NIBs) due to its high specific capacity, low working potential, and excellent structural stability. This research focuses on synthesizing boron‐ and nitrogen‐co‐doped hard carbon (BNHC), which shows enhanced sodium storage properties in half and full‐cell configurations. The BNHC is prepared using a simple, scalable sol‐gel method followed by pyrolysis for carbonization. Its 3D nano‐sponge structure provides abundant active sites for sodium storage, while the low surface area and optimal interlayer distance minimize volume expansion during high‐rate charge/discharge cycles, ensuring exceptional cycling stability. Compared to undoped hard carbon, BNHC demonstrates significantly improved sodium storage performance. The BNHC electrode achieves a reversible capacity of ≈310 mAh g⁻¹ with ultra‐long cycling stability at high current rates and robust rate capability. It delivers ≈115 mAh g⁻¹ at an exceptionally high current density of 10 A g⁻¹. Further, BNHC//NaFePO 4 full cell demonstrates excellent cycling stability with ≈206 mAh g⁻¹ at a 150 mA g⁻¹ current rate. This study paves the way to commercializing hard carbon as an anode material for sodium‐ion batteries.
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