Defect Sites-Rich Porous Carbon with Pseudocapacitive Behaviors as an Ultrafast and Long-Term Cycling Anode for Sodium-Ion Batteries

材料科学 阳极 碳化 储能 化学工程 电化学 碳纤维 多孔性 电极 结晶度 纳米技术 电池(电) 复合材料 扫描电子显微镜 复合数 工程类 物理化学 物理 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Nana Wang,Yunxiao Wang,Xun Xu,Ting Liao,Yi Du,Zhongchao Bai,Shi Xue Dou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 9353-9361 被引量:96
标识
DOI:10.1021/acsami.7b17893
摘要

Room-temperature sodium-ion batteries have been regarded as promising candidates for grid-scale energy storage due to their low cost and the wide distribution of sodium sources. The main scientific challenge for their practical application is to develop suitable anodes with long-term cycling stability and high rate capacity. Here, novel hierarchical three-dimensional porous carbon materials are synthesized through an in situ template carbonization process. Electrochemical examination demonstrates that carbonization temperature is a key factor that affects Na+-ion-storage performance, owing to the consequent differences in surface area, pore volume, and degree of crystallinity. The sample obtained at 600 °C delivers the best sodium-storage performance, including long-term cycling stability (15 000 cycles) and high rate capacity (126 mAh g-1 at 20 A g-1). Pseudocapacitive behavior in the Na+-ion-storage process has been confirmed and studied via cyclic voltammetry. Full cells based on the porous carbon anode and Na3V2(PO4)3-C cathode also deliver good cycling stability (400 cycles). Porous carbon, combining the merits of high energy density and extraordinary pseudocapacitive behavior after cycling stability, can be a promising replacement for battery/supercapacitors hybrid and suggest a design strategy for new energy-storage materials.
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