Tailored chemically bonded metal phosphide@carbon nanowire arrays on foam metal as an all-in-one anode for ultrahigh-area-capacity sodium-ion batteries

磷化物 阳极 材料科学 纳米线 化学工程 碳纤维 电极 金属 水溶液中的金属离子 纳米技术 磷化镓 无机化学 复合材料 冶金 化学 复合数 光电子学 工程类 物理化学
作者
Yuyan Qiu,Fang Fu,Miao Hu,Pei Kang Shen,Jinliang Zhu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:454: 140402-140402 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140402
摘要

Metal phosphides are superior anode materials for secondary batteries but suffer from variable volume and low electronic conductivity. In this work, chemically bonded metal [email protected] nanowire arrays with adjustable structure mounted on foam metal were synthesized via a general facile chemical vapor deposition (CVD)-like approach using an environmentally friendly, solid ionic resin as a phosphorus source. The diameter of the nanowires and thicknesses of the carbon shell could be tailored via control of the synthesis conditions. Using a Fe2[email protected] array on iron foam as an example, it was demonstrated that the new materials could be used directly as an electrode in sodium-ion batteries (SIBs) without any additives or post-processing. The Fe2[email protected] electrode delivered a significantly high area capacity of 0.40 mAh cm–2 after 1400 cycles at a current density of 3 mA cm–2, a capacity retention rate of 80.25%, which is, to the best of our knowledge, one of the most stable, high surface capacity performances achieved in SIBs at this large current density. Tests showed that the Fe2[email protected] nanowire array on a 3D foam structure provided a larger exposure area for electrolyte penetration, a shorter passage for Na+ diffusion, and faster electronic transfer. In situ TEM revealed that the carbon shell effectively alleviated volume expansion of the Fe2P and in-situ Raman and XRD verified the mechanism and high reversibility of Fe2[email protected]
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