Constructing N-Doped porous carbon confined FeSb alloy nanocomposite with Fe-N-C coordination as a universal anode for advanced Na/K-ion batteries

阳极 纳米复合材料 合金 材料科学 多孔性 兴奋剂 离子 化学工程 碳纤维 冶金 纳米技术 复合材料 化学 电极 复合数 光电子学 工程类 物理化学 有机化学
作者
Zhiyuan Wang,Kangze Dong,Dan Wang,Shaohua Luo,Xin Liu,Yanguo Liu,Qing Wang,Yahui Zhang,Aimin Hao,Chunnian He,Chunsheng Shi,Naiqin Zhao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:384: 123327-123327 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.123327
摘要

Abstract Sb-based anodes have shown great potential in sodium-ion batteries (SIBs) and potassium-ion batteries (PIBs) owing to their high theoretical capacities and applicable voltage platforms, but they usually suffer from severe volume change and sluggish ion diffusion kinetic. Herein, a novel N-doped three-dimension porous carbon network confined nanosized FeSb alloy composite (3D FeSb@NC) with a strong Fe-N-C bond is elaborately designed and fabricated, this unique structure sufficiently relieves the volume change of Sb during cycling, reduces the diffusion length for both ion/electrons, enhances the electronic conductivity, and provides abundant active sites for Na+/K+ storage. Moreover, the strong Fe-N-C bond can strengthen the interface adhesion between carbon matrix and alloy particle for sustaining structure integrity. The 3D FeSb@NC anodes delivers outstanding electrochemical performances in both SIBs and PIBs, in terms of ultralong cycling life (capacity retention of 85% after 750 cycles for SIBs and 80% after 1000 cycles for PIBs) and excellent rate capability (231 mAh g−1 at 5 A g−1 for SIBs and 119.7 mAh g−1 at 2 A g−1 for PIBs). The kinetic analysis of Na+/K+ storage reveal that the extrinsic pseudo-capacitive contribution accounts for the high rate performance. This work provides an effective strategy to develop nanocomposite anode with superior structural stability and durability for SIBs/PIBs.
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