Extended “Adsorption–Insertion” Model: A New Insight into the Sodium Storage Mechanism of Hard Carbons

材料科学 吸附 热解 杂原子 微观结构 碳纤维 阳极 离子 化学工程 石墨 物理化学 有机化学 冶金 复合材料 化学 电极 工程类 复合数 戒指(化学)
作者
Ning Sun,Zhaoruxin Guan,Yuwen Liu,Yuliang Cao,Qizhen Zhu,Huan Liu,Zhaoxiang Wang,Peng Zhang,Bin Xu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (32) 被引量:497
标识
DOI:10.1002/aenm.201901351
摘要

Abstract Hard carbons (HCs) are promising anodes of sodium‐ion batteries (SIBs) due to their high capacity, abundance, and low cost. However, the sodium storage mechanism of HCs remains unclear with no consensus in the literature. Here, based on the correlation between the microstructure and Na storage behavior of HCs synthesized over a wide pyrolysis temperature range of 600–2500 °C, an extended “adsorption–insertion” sodium storage mechanism is proposed. The microstructure of HCs can be divided into three types with different sodium storage mechanisms. The highly disordered carbon, with d 002 (above 0.40 nm) large enough for sodium ions to freely transfer in, has a “pseudo‐adsorption” sodium storage mechanism, contributing to sloping capacity above 0.1 V, together with other conventional “defects” (pores, edges, heteroatoms, etc.). The pseudo‐graphitic carbon ( d ‐spacing in 0.36–0.40 nm) contributes to the low‐potential (<0.1 V) plateau capacity through “interlayer insertion” mechanism, with a theoretical capacity of 279 mAh g −1 for NaC 8 formation. The graphite‐like carbon with d 002 below 0.36 nm is inaccessible for sodium ion insertion. The extended “adsorption–insertion” model can accurately explain the dependence of the sodium storage behavior of HCs with different microstructures on the pyrolysis temperature and provides new insight into the design of HC anodes for SIBs.
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