Effect of double and triple-doping of sulfur, nitrogen and phosphorus on the initial coulombic efficiency and rate performance of the biomass derived hard carbon as anode for sodium-ion batteries

阳极 法拉第效率 杂原子 硫黄 氮气 碳纤维 电化学 无机化学 兴奋剂 插层(化学) 化学 材料科学 化学工程 电极 复合数 有机化学 光电子学 物理化学 工程类 复合材料 戒指(化学)
作者
Nkongolo Tshamala Aristote,Zirui Song,Wentao Deng,Hongshuai Hou,Guoqiang Zou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:558: 232517-232517 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232517
摘要

Hard Carbons (HCs) are widely investigated as anode materials for Sodium-ion batteries (SIBs), for the abundance of the precursors and their easy synthesis. However, the intercalation of Na+ in the HCs is a big challenge for the design of high-performance SIBs. Heteroatom-doping can effectively facilitate the intercalation of Na+ in the anode material. Herein, a series of double and triple-atom phosphorus-nitrogen, phosphorus-sulfur, nitrogen-sulfur and phosphorus-nitrogen-sulfur in the camphor wood (Cmph) derived-HCs are fabricated, and their electrochemical performances as anodes for SIBs are investigated. The P–N–S-Cmph delivers high initial coulombic efficiency (ICE) of 70.74%%, an outstanding rate performance and good cycling stability, maintaining a specific capacity of 280 mAh g−1 at 2000 mA g−1 after 500 cycles. The excellent performances of the anode materials are assigned to the synergetic effect of the heteroatom-doping of S, N and P enlarging the interlayer spacing of the doped-Cmph-HCs, increasing the intercalation/deintercalation rate of Na+ in the HCs; disposing more active sites for the Na+ storage. In addition, sulfur can reversibly react with Na+, reducing the irreversible consumption of Na+ by the surface functional groups. This work presents a simple and effective method of designing high performance anode materials for SIBs.
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