Phase Transition Triggers Explosion-like Puffing Process to Make Popcorn-Inspired All-Conductive Anodes for Superb Aqueous Rechargeable Batteries

材料科学 阳极 电化学 碳纤维 储能 导电体 电极 化学工程 纳米技术 非阻塞I/O 水溶液 催化作用 复合材料 复合数 功率(物理) 有机化学 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Han Zhang,Linpo Li,Yani Liu,Ting Meng,Lai Ma,Maowen Xu,Jianhui Zhu,Chang Ming Li,Jian Jiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (45): 42365-42374 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.9b15711
摘要

The major accomplishment of electrochemical energy-storage devices is closely linked to the advent of state-of-the-art techniques to make optimal electrode systems. Herein, we demonstrate a unique popcorn-inspired strategy to develop all-conductive and highly puffed Fe⊂carbon nanopopcorns as superb anodes for rechargeable Ni/Fe batteries. Temperature-dependent systematic studies show that the nanopopcorn evolution mechanism is governed by typical phase variation from Fe2O3 nanospheres to dispersed Fe0 nanodebris, whose formation induces catalytic reconstruction/conversion from hydrocarbons to graphitic nanolayers while triggering the explosion-like instant puffing process beyond 700 °C. The as-built Fe⊂carbon hybrids with favorable loosened structures, open-up/enlarged surface areas, and intrinsically conducting nature enable great electrochemical reactivity and cyclic stability (reversible capacity higher than ∼420 mA h g–1 in all cycles without obvious capacity decay), as well as outstanding rate behaviors (∼300 mA h g–1 is still retained at ∼20 A g–1). Full-cell devices of NiO@carbon (+)//Fe⊂carbon (−) can exhibit Max. energy/power densities of up to ∼140.8 W h kg–1 and ∼15.6 kW kg–1, respectively. This work sheds a fundamental light on arts to configure puffed electrodes for advanced electrodes in various important applications while holding great promise for high-rate/capacity aqueous rechargeable batteries.

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