Boosting the Reversible, High‐Rate Na + Storage Capability of the Hard Carbon Anode Via the Synergistic Structural Tailoring and Controlled Presodiation

阳极 法拉第效率 材料科学 阴极 电化学 化学工程 扩散 纳米技术 电极 化学 热力学 物理 物理化学 工程类
作者
Liuyan Hou,Ting Liu,Helin Wang,Miao Bai,Xiaoyu Tang,Zhiqiao Wang,Min Zhang,Shaowen Li,Tianyu Wang,Kefan Zhou,Yue Ma
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (21): e2207638-e2207638 被引量:51
标识
DOI:10.1002/smll.202207638
摘要

Abstract Hard carbons (HCs) are extensively investigated as the potential anodes for commercialization of sodium‐ion batteries (SIBs). However, the practical deployment of HC anode suffers from the retarded Na + diffusion at the high‐rate or low‐temperature operation scenarios. Herein, a multiscale modification strategy by tuning HC microstructure on the particle level as well as replenishing extra Na + reservoir for the electrode through a homogeneous presodiation therapy is presented. Consequently, the coulombic efficiency of HC anode can be precisely controlled till the close‐to‐unit value. Detailed kinetics analysis observes that the Na + diffusivity can be drastically enhanced by two orders of magnitude at the low potential region (< 0.1 V vs. Na + /Na), which accelerates the rate‐limiting step. As pairing the presodiated HC anode (≈5.0 ± 0.2 mg cm −2 ) with the NaVPO 4 F cathode (≈10.3 mg cm −2 ) in the 200 mAh pouch cell, the optimal balance of the cyclability (83% over 1000 cycles), low‐temperature behavior till −40 °C as well as the maximized power output of 1500 W kg −1 can be simultaneously achieved. This synergistic modification strategy opens a new avenue to exploit the reversible, ultrafast Na + storage kinetics of HC anodes, which thus constitutes a quantum leap forward toward high‐rate SIB prototyping.
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