Heteroatom doping and activation of carbon nanofibers enabling ultrafast and stable sodium storage

杂原子 阳极 法拉第效率 碳纳米纤维 电化学 碳纤维 化学 静电纺丝 电容 化学工程 吸附 纳米纤维 材料科学 纳米技术 电极 有机化学 碳纳米管 复合材料 工程类 戒指(化学) 复合数 物理化学 聚合物
作者
Yue Bao,Yuping Huang,Xiong Song,Jin Long,Suqing Wang,Liang‐Xin Ding,Haihui Wang
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:276: 304-310 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2018.04.207
摘要

Abstract Activation is a common strategy to tailor microstructure of carbon materials. A new activation combined with heteroatom doping of carbon nanofibers is proposed to synthesize the N, S-doped carbon nanofibers (NSCNFs). After electrospinning and followed thermal treatment with thiourea, the diameter of the as-obtained NSCNFs decreases with much more abundant pore structure and functionalized with S-containing oxygen groups compared with that obtained without activation. The increased specific surface area and pore volume are beneficial to facilitate the Na+ diffusion and provide more active sites to increase adsorption capacitance and facilitate pseudo-capacitive reactions. Also, the S-containing oxygen groups contribute to pseudo-capacitance by faradaic reactions. As a result, capacitive behavior is boosted hence leading to a excellent rate capability and cycling stability. The flexible and freestanding NSCNFs film is directly used as anode for sodium-ion batteries (NIBs) and shows excellent rate capability with reversible capacity of 147 and 133 mA h g-1 at 10 and 30 A g−1, respectively. Remarkably, ultra-long cyclic life is also achieved with 90.8% capacity retention after 6000 cycles at 10 A g−1. Such electrochemical performance makes NSCNFs promising to be used in high power and durable NIBs. This activation strategy can also be expanded to functionalize other carbon materials.
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