An Encapsulation‐Based Sodium Storage via Zn‐Single‐Atom Implanted Carbon Nanotubes

材料科学 碳纳米管 阳极 电化学 化学工程 电解质 纳米技术 透射电子显微镜 金属 纳米管 钠离子电池 成核 电极 化学 冶金 法拉第效率 物理化学 有机化学 工程类
作者
Xin Li,Weibin Ye,Ping Xu,Huizhen Huang,Jingmin Fan,Ruming Yuan,Mingsen Zheng,Ming‐Sheng Wang,Quanfeng Dong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (31) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202202898
摘要

The properties of high theoretical capacity, low cost, and large potential of metallic sodium (Na) has strongly promoted the development of rechargeable sodium-based batteries. However, the issues of infinite volume variation, unstable solid electrolyte interphase (SEI), and dendritic sodium causes a rapid decline in performance and notorious safety hazards. Herein, a highly reversible encapsulation-based sodium storage by designing a functional hollow carbon nanotube with Zn single atom sites embedded in the carbon shell (ZnSA -HCNT) is achieved. The appropriate tube space can encapsulate bulk sodium inside; the inner enriched ZnSA sites provide abundant sodiophilic sites, which can evidently reduce the nucleation barrier of Na deposition. Moreover, the carbon shell derived from ZIF-8 provides geometric constraints and excellent ion/electron transport channels for the rapid transfer of Na+ due to its pore-rich shell, which can be revealed by in situ transmission electron microscopy (TEM). As expected, Na@ZnSA -HCNT anodes present steady long-term performance in symmetrical battery (>900 h at 10 mA cm-2 ). Moreover, superior electrochemical performance of Na@ZnSA -HCNT||PB full cells can be delivered. This work develops a new strategy based on carbon nanotube encapsulation of metallic sodium, which improves the safety and cycling performance of sodium metal anode.
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