Critical Role of Ultrathin Graphene Films with Tunable Thickness in Enabling Highly Stable Sodium Metal Anodes

石墨烯 阳极 材料科学 电解质 化学工程 电流密度 电化学 金属 氧化物 纳米技术 电极 冶金 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Huan Wang,Chuanlong Wang,Edward Matios,Weiyang Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (11): 6808-6815 被引量:227
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b03071
摘要

Sodium (Na) metal has shown great promise as an anode material for the next-generation energy storage systems because of its high theoretical capacity, low cost, and high earth abundance. However, the extremely high reactivity of Na metal with organic electrolyte leads to the formation of unstable solid electrolyte interphase (SEI) and growth of Na dendrites upon repeated electrochemical stripping/plating, causing poor cycling performance, and serious safety issues. Herein, we present highly stable and dendrite-free Na metal anodes over a wide current range and long-term cycling via directly applying free-standing graphene films with tunable thickness on Na metal surface. We systematically investigate the dependence of Na anode stability on the thickness of the graphene film at different current densities and capacities. Our findings reveal that only a few nanometer (∼2-3 nm) differences in the graphene thickness can have decisive influence on the stability and rate capability of Na anodes. To achieve the optimal performance, the thickness of the graphene film covered on Na surface needs to be meticulously selected based on the applied current density. We demonstrate that with a multilayer graphene film (∼5 nm in thickness) as a protective layer, stable Na cycling behavior was first achieved in carbonate electrolyte without any additives over 100 cycles at a current density as high as 2 mA/cm2 with a high capacity of 3 mAh/cm2. We believe our work could be a viable route toward high-energy Na battery systems, and can provide valuable insights into the lithium batteries as well.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
炙热依瑶完成签到,获得积分10
1秒前
GG完成签到,获得积分20
3秒前
3秒前
夜行发布了新的文献求助30
4秒前
江河完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
6秒前
薛定谔不喜欢猫完成签到,获得积分10
7秒前
刘亚玲完成签到 ,获得积分10
7秒前
科研通AI2S应助林洁佳采纳,获得10
8秒前
9秒前
小刷子完成签到,获得积分10
9秒前
水123发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
咕嘟完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
大模型应助慧子采纳,获得10
12秒前
13秒前
王然发布了新的文献求助10
14秒前
好运连连完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
赞赞发布了新的文献求助10
15秒前
倔强完成签到 ,获得积分10
16秒前
蒋若风完成签到,获得积分10
16秒前
LYZSh发布了新的文献求助10
17秒前
张若虚完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
Leucalypt完成签到,获得积分10
18秒前
CodeCraft应助mcy采纳,获得200
19秒前
锦鲤发布了新的文献求助10
19秒前
西红柿鸡蛋面完成签到,获得积分20
19秒前
20秒前
无极微光应助xixi采纳,获得20
22秒前
23秒前
风趣青槐完成签到,获得积分10
23秒前
斯文败类应助galioo3000采纳,获得30
23秒前
大个应助Anita采纳,获得10
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 临床微生物学程序手册,多卷,第5版 2000
人脑智能与人工智能 1000
King Tyrant 720
Silicon in Organic, Organometallic, and Polymer Chemistry 500
Peptide Synthesis_Methods and Protocols 400
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 3rd Edition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5603729
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4688711
关于积分的说明 14855620
捐赠科研通 4694855
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2540965
邀请新用户注册赠送积分活动 1507131
关于科研通互助平台的介绍 1471814