Pyridinic N‐Dominated Hard Carbon with Accessible Carbonyl Groups Enabling 98% Initial Coulombic Efficiency for Sodium‐Ion Batteries

法拉第效率 材料科学 钠 碳纤维 离子 化学工程 纳米技术 无机化学 有机化学 物理化学 电化学 电极 复合数 化学 冶金 复合材料 工程类
作者
Yufei He,Da Liu,Jihuang Jiao,Yanxia Liu,Shengnan He,Ya Zhang,Qian Cheng,Yaoguo Fang,Xiaoliang Mo,Hongge Pan,Renbing Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (39) 被引量:179
标识
DOI:10.1002/adfm.202403144
摘要

Abstract Hard carbon (HC) has been widely regarded as the most promising anode material for sodium‐ion batteries (SIBs) due to its decent capacity and low cost. However, the poor initial Coulombic efficiency (ICE) of HC seriously hinders its practical application in SIBs. Herein, pyridinic N‐doped hard carbon polyhedra with easily accessible carbonyl groups and in situ coupled carbon nanotubes are rationally synthesized via a facile pretreated zeolitic imidazolate framework (ZIFs)‐carbonization strategy. The comprehensive ex/in situ techniques combined with theoretical calculations reveal that the synergy of pyridinic‐N and carbonyl groups promoted by the pretreatment and carbonization process would not only optimize the Na+ adsorption energy but also accelerate the desorption of Na+, significantly suppressing the irreversible capacity loss. As a result, the as‐synthesized hard carbon polyhedra as an anode can deliver an unprecedented high ICE of 98% with a large reversible capacity of 389.4 mAh g−1 at 0.03 A g−1. This work may provide an effective strategy for the structural design of HC with high ICE.
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