Deciphering Electrolyte Dominated Na+ Storage Mechanisms in Hard Carbon Anodes for Sodium‐Ion Batteries

电解质 法拉第效率 电化学 材料科学 无机化学 乙醚 离子 化学工程 化学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Guiyu Liu,Zhiqiang Wang,Huimin Yuan,Chunliu Yan,Rui Hao,Fangchang Zhang,Wen Luo,Hongzhi Wang,Yulin Cao,Shuai Gu,Chun Zeng,Yingzhi Li,Zhenyu Wang,Ning Qin,Guangfu Luo,Zhouguang Lu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (36) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/advs.202305414
摘要

Abstract Although hard carbon (HC) demonstrates superior initial Coulombic efficiency, cycling durability, and rate capability in ether‐based electrolytes compared to ester‐based electrolytes for sodium‐ion batteries (SIBs), the underlying mechanisms responsible for these disparities remain largely unexplored. Herein, ex situ electron paramagnetic resonance (EPR) spectra and in situ Raman spectroscopy are combined to investigate the Na storage mechanism of HC under different electrolytes. Through deconvolving the EPR signals of Na in HC, quasi‐metallic‐Na is successfully differentiated from adsorbed‐Na. By monitoring the evolution of different Na species during the charging/discharging process, it is found that the initial adsorbed‐Na in HC with ether‐based electrolytes can be effectively transformed into intercalated‐Na in the plateau region. However, this transformation is obstructed in ester‐based electrolytes, leading to the predominant storage of Na in HC as adsorbed‐Na and pore‐filled‐Na. Furthermore, the intercalated‐Na in HC within the ether‐based electrolytes contributes to the formation of a uniform, dense, and stable solid–electrolyte interphase (SEI) film and eventually enhances the electrochemical performance of HC. This work successfully deciphers the electrolyte‐dominated Na + storage mechanisms in HC and provides fundamental insights into the industrialization of HC in SIBs.
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