Extra Sodiation Sites in Hard Carbon for High Performance Sodium Ion Batteries

拉曼光谱 材料科学 吸附 碳纤维 离子 激进的 原位 化学 阳极 化学工程 密度泛函理论 纳米技术 电化学 电极 有机化学 物理化学 计算化学 复合数 光学 复合材料 工程类 物理
作者
Qingmeng Gan,Ning Qin,Shuai Gu,Zhenyu Wang,Zhiqiang Li,Kemeng Liao,Kaili Zhang,Lü Li,Zhenghe Xu,Zhouguang Lu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:5 (9) 被引量:42
标识
DOI:10.1002/smtd.202100580
摘要

Hard carbons are promising anodes for sodium-ion batteries (SIBs). However, the low practical capacity from limited sodiation sites impedes their applications. Herein, ultrahigh concentration of pyridine N (≈7.9%) is introduced inside hard carbon, considering that pyridine N may provide extra sodium storage sites with stable CN• and CC• radicals during cycling. To expose more radical sites for sodium storage, a 3D structure with a multistage pore structure is constructed through NH3 release during the pyrolyzation process. As expected, the hard carbon with extra sodiation sites exhibits an impressively high capacity of 434 mA h g-1 at 20 mA g-1 , superior rate performance of 238 mA h g-1 at a current density of 5 A g-1 and a high-capacity retention of 98.7% after 5000 cycles. The radicals induced Na-adsorption mechanism was further explored through ex situ electron paramagnetic resonance technology, in situ Raman technology and density functional theory calculations. The results reveal that the extra sodiation sites come from the electrostatic interaction at low potentials. This work constructs a sodium ions storage model of extra radicals and provides an extended strategy to improve the electrochemical performance of SIBs anode materials.
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