Encapsulation of Sn Sub‐Nanoclusters in Multichannel Carbon Matrix for High‐Performance Potassium‐Ion Batteries

纳米团簇 阳极 电化学 储能 碳纤维 材料科学 电极 化学 纳米技术 化学工程 物理化学 复合材料 复合数 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Linlin Li,Aoming Huang,Hongcheng Jiang,Yan Li,Xiansong Pan,Tsung‐Yi Chen,Han‐Yi Chen,Shengjie Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (45) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/ange.202412077
摘要

Abstract Sub‐nanoclusters with ultra‐small particle sizes are particularly significant to create advanced energy storage materials. Herein, Sn sub‐nanoclusters encapsulated in nitrogen‐doped multichannel carbon matrix (denoted as Sn‐SCs@MCNF) are designed by a facile and controllable route as flexible anode for high‐performance potassium ion batteries (PIBs). The uniformly dispersed Sn sub‐nanoclusters in multichannel carbon matrix can be precisely identified, which ensure us to clarify the size influence on the electrochemical performance. The sub‐nanoscale effect of Sn‐SCs@MCNF restrains electrode pulverization and enhances the K + diffusion kinetics, leading to the superior cycling stability and rate performance. As freestanding anode in PIBs, Sn‐SCs@MCNF manifests superior K + storage properties, such as exceptional cycling stability ( around 331 mAh g −1 after 150 cycles at 100 mA g −1 ) and rate capability. Especially, the Sn‐SCs@MCNF||KFe[Fe(CN) 6 ] full cell demonstrates impressive reversible capacity of around 167 mAh g −1 at 0.4 A g −1 even after 200 cycles. Theoretical calculations clarify that the ultrafine Sn sub‐nanoclusters are beneficial for electron transfer and contribute to the lower energy barriers of the intermediates, thereby resulting in promising electrochemical performance. Comprehensive investigation for the intrinsic K + storage process of Sn‐SCs@MCNF is revealed by in situ analysis. This work provides vital guidance to design sub‐nanoscale functional materials for high‐performance energy‐storage devices.
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