Uniform SnSe nanoparticles on 3D graphene host enabling a dual-nucleation-site interface for dendrite-free sodium metal batteries

材料科学 成核 石墨烯 阳极 化学工程 电极 枝晶(数学) 纳米技术 纳米颗粒 结晶度 复合材料 数学 几何学 工程类 物理化学 有机化学 化学
作者
Mengyang Xu,Zhenjing Liu,Yang Li,Nauman Mubarak,Hoilun Wong,Mohsen Tamtaji,Yunhe Zhao,Yuyin Li,Jun Wang,Jiawen You,Hongwei Liu,Yuting Cai,Kenan Zhang,Feng Xu,Khalil Amine,Jang‐Kyo Kim,Zhengtang Luo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:60: 102848-102848 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102848
摘要

The practical application of naturally abundant sodium (Na) metal anodes with high energy densities is hindered by large volume expansion and dendrite formation during battery operation. This work reports the synthesis of tin selenide nanoparticles uniformly grown on highly conductive, porous 3D graphene foam ([email protected]) as a stable host for Na metal anodes and the underlying conversion reactions as their energy storage mechanism. The [email protected] electrode prepared via hydrogel coating and phase transformation sustains remarkable reversibility after 1500 cycles in asymmetric cells and delivers extraordinary cyclic stability and low overpotentials for 2000 h at 1 mA cm−2 and 1 mAh cm−2 in symmetric cells. The conversion of crystalline SnSe into low-crystallinity Na15Sn4 and Na2Se dual nucleation sites after pre-sodiation is responsible for the outstanding performance according to the in-situ microscopy and density functional theory calculations. The conversion enables the in-situ formation of a unique interface that possesses high Na affinity featured by abundant active sites, contributing to uniform Na nucleation/plating and dendrite suppression, thus give rising to superior stability and electrochemical performance of the [email protected] electrode. The rational design of the current 3D architecture can shed new insights into the development of Na hosts for next-generation rechargeable batteries.
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