Hollow porous carbon spheres for high initial coulombic efficiency and low-potential sodium ion storage

法拉第效率 碳化 石墨 多孔性 化学工程 材料科学 离子 碳纤维 电化学 化学 电极 吸附 有机化学 复合材料 复合数 物理化学 工程类
作者
Taiyu Lyu,Lizhe Liang,Pei Kang Shen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:604: 168-177 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.06.158
摘要

It is critical to develop carbon material anodes with high initial Coulombic efficiency and energy density for sodium ion batteries. Herein, a novel mushroom spore with chitin as carbon precursor is first reported for energy storage, and its special porous spherical structure, fine structure and oxygen functional groups can be accurately controlled by carbonization temperature. The hollow porous carbon spheres obtained from mushroom spore at 1400 °C have appropriate porous structure, d002 spacing (0.364 nm), 7.12% oxygen content and ultra-low specific surface area of 5.5 m2 g−1. It could obtain 81.2% initial Coulombic efficiency and has reversible discharge capacity of 411.1 mA h g−1, wherein about 75% (308 mA h g−1) of its total capacity is derived from low-potential plateau (below 0.1 V Na+/Na), and the capacity is 384.5 mA h g−1 after 50 cycles. Furthermore, Density functional theory calculation showed that the residual oxygen functional groups (CO) in carbon materials are beneficial to sodium into graphite-like layers, and graphite-like layers spacing is smaller than the reported unadulterated carbon with 0.37 nm. Therefore, the excellent electrochemical performance and low-cost of natural mushroom spore derived hollow porous carbon spheres provide advantages for sodium ion batteries in large-scale storage devices.
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