Rational Assembly of Hollow Microporous Carbon Spheres as P Hosts for Long‐Life Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 碳纤维 复合数 微型多孔材料 化学工程 合理设计 无定形固体 多孔性 无定形碳 复合材料 纳米技术 电极 有机化学 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Shanshan Yao,Jiang Cui,Jiaqiang Huang,Jianqiu Huang,Woon Gie Chong,Lei Qin,Yiu‐Wing Mai,Jang‐Kyo Kim
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (7) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/aenm.201702267
摘要

Abstract This paper reports the rational assembly of novel hollow porous carbon nanospheres (HPCNSs) as the hosts of phosphorous (P) active materials for high‐performance sodium‐ion batteries (SIBs). The vaporization‐condensation process is employed to synthesize P/C composites, which is elucidated by both theories and experiments to achieve optimized designs. The combined molecular dynamics simulations and density functional theory calculations indicate that the morphologies of polymeric P 4 and the P loading in the P/C composites depend mainly on the pore size and surface condition of carbon supports. Micropores of 1–2 nm in diameter and oxygenated functional groups attached on carbon surface are essential for achieving high P loading and excellent structural stability. In light of these findings, HPCNS/amorphous red phosphorus composites with enhanced structural/functional features are synthesized, which present an extremely low volume expansion of ≈67.3% during cycles, much smaller than the commercial red P's theoretical value of ≈300%. The composite anodes deliver an exceptional sodium storage capacity and remarkable long‐life cyclic stability with capacity retention over 76% after 1000 cycles. This work signifies the importance of rational design of electrode materials based on accurate theoretical predictions and sheds light on future development of cost‐effective P/C composite anodes for commercially viable SIBs.
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