Nacre−Inspired Structure Enables Ultrahigh "Strong−Tough" Design of Phosphorus Anode

阳极 材料科学 脆性 石墨烯 复合材料 压力(语言学) 韧性 体积热力学 氧化物 化学工程 电极 纳米技术 冶金 化学 工程类 物理 哲学 物理化学 量子力学 语言学
作者
Baoyu Sun,Sheng Wang,Caiwang Mao,Rui Qiao,Mahalingam Ravivarma,Hao Fan,Jingying Xie,Jiangxuan Song
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202412867
摘要

Red phosphorus anode, attributed to its high specific capacity of 2596 mAh g-1, is expected to improve the energy density of Na-ion batteries. However, the P anode currently is unsatisfactory for practical usage due to the large volume expansion beyond 300%, which brings out uncontrolled brittle failure. To address this challenge, we here design a nacre-like phosphorus anode by resilient graphene oxide staggered together. The staggered structure simultaneously offers mechanical strength and interwoven toughness. Finite element modeling reveals that the sodiation stress from P nanoparticles will be transferred into interlayer pillars as the elastic medium to release sodiation stress. The prepared anode achieves an ultrahigh areal capacity of 13 mAh cm-2 at a mass loading of 5.8 mg cm-2. Notably, the volume change of the anode is limited to approximately 8.2% at full sodiation, significantly lower than that of the traditional phosphorus electrodes.
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