Multilevel Gradient‐Ordered Silicon Anode with Unprecedented Sodium Storage

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作者
Ying Li,Feng Wu,Yu Li,Xin Feng,Lumin Zheng,Mingquan Liu,Shuqiang Li,Ji Qian,Zhaohua Wang,Haixia Ren,Yuteng Gong,Chuan Wu,Ying Bai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (7): e2310270-e2310270 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adma.202310270
摘要

Abstract While cost‐effective sodium‐ion batteries (SIBs) with crystalline silicon anodes promise high theoretical capacities, they perform poorly because silicon stores sodium ineffectively (capacity <40 mAh g −1 ). To address this issue, herein an atomic‐order structural‐design tactic is adopted for obtaining unique multilevel gradient‐ordered silicon (MGO‐Si) by simple electrochemical reconstruction. In situ‐formed short‐range‐, medium‐range‐, and long‐range‐ordered structures construct a stable MGO‐Si, which contributes to favorable Na–Si interaction and fast ion diffusion channels. These characteristics afford a high reversible capacity (352.7 mAh g −1 at 50 mA g −1 ) and stable cycling performance (95.2% capacity retention after 4000 cycles), exhibiting record values among those reported for pure silicon electrodes. Sodium storage of MGO‐Si involves an adsorption–intercalation mechanism, and a stepwise construction strategy of gradient‐ordered structure further improves the specific capacity (339.5 mAh g −1 at 100 mA g −1 ). Reconstructed Si/C composites show a high reversible capacity of 449.5 mAh g −1 , significantly better than most carbonaceous anodes. The universality of this design principle is demonstrated for other inert or low‐capacity materials (micro‐Si, SiO 2 , SiC, graphite, and TiO 2 ), boosting their capacities by 1.5–6 times that of pristine materials, thereby providing new solutions to facilitate sodium storage capability for better‐performing battery designs.
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