S/N-co-doped graphite nanosheets exfoliated via three-roll milling for high-performance sodium/potassium ion batteries

材料科学 石墨 阳极 剥脱关节 电化学 电解质 化学工程 硫脲 兴奋剂 电极 纳米技术 无机化学 复合材料 有机化学 光电子学 石墨烯 工程类 物理化学 化学
作者
Xin Wang,Zhicong Luo,Juntong Huang,Zhi Chen,Tong Xiang,Zhijun Feng,Jing Wang,Sinong Wang,Yongcun Ma,Huiyong Yang,Xibao Li
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:147: 47-55 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.11.015
摘要

Due to its larger ionic radius, further studies are needed before graphite can be used as an anode for sodium/potassium-ion batteries (SIBs/KIBs). It is believed that doping and increasing the layer spacing can improve the Na+/K+ storage. Herein, S/N co-doped graphite nanosheets (GNS) with an enlarged interlayer spacing of 0.39 nm were prepared via exfoliation with three-roll milling (TRM) combined with thiourea heated at different temperatures. This method generates abundant defects and active sites for GNS, as well as facilitates rapid access and transport of electrolytes and electrons/ions. The electrochemical results show that the S/N-doped GNS exfoliated 15 times and heated at 600 °C (SNGNS15-600) with thiourea as the electrode delivers a discharge capacity of 94 mAh g–1 over 6000 cycles at 10 A g–1 with an enhanced rate capability and stable performance for application in SIBs. Calculations using density functional theory show that the increased interlayer spacing by TRM and S, N co-doping enhances the adsorption energies of Na+ on graphite, thus improving the Na+ storage. As the anode for KIBs, the SNGNS15-600 electrode has a capacity of 142 mAh g–1 after 5000 cycles at 0.5 A g–1. This study provides an essential theoretical basis for the effective exfoliation of layered graphite-based materials and their applications in energy storage.
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