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An Overall Understanding of Sodium Storage Behaviors in Hard Carbons by an “Adsorption‐Intercalation/Filling” Hybrid Mechanism

材料科学 插层(化学) 阳极 微观结构 化学工程 石墨烯 吸附 拉曼光谱 碳纤维 纳米技术 无机化学 复合材料 物理化学 有机化学 冶金 化学 电极 复合数 物理 工程类 光学
作者
Xiaoyang Chen,Jiyu Tian,Peng Li,Youlong Fang,Yongjin Fang,Xinmiao Liang,Jiwen Feng,Jiao Dong,Xinping Ai,Hanxi Yang,Yuliang Cao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (24) 被引量:315
标识
DOI:10.1002/aenm.202200886
摘要

Abstract Hard carbon has the potential to serve as a high‐capacity anode material for sodium‐ion batteries (SIBs), however, its Na + storage mechanism, particularly on the low potential plateau, remains controversial. To overcome this issue, two types of hard carbons with different microstructures are employed and the relationship between the microstructures and Na + storage behaviors is evaluated. By the combination of operando X‐ray diffraction, ex situ Raman spectroscopy, NMR, and theoretical calculation, it is found that the sodium storage capacities of the hard carbons in the low potential plateau region contain the concurrent contributions from both interlayer intercalation and micropores filling, and the ratio of the two contributors greatly depends on the microstructure of hard carbon materials. Moreover, an electrochemical pointer (potential inflection point at the end of the discharge curve) is found to distinguish the dominance of interlayer intercalation and the micropores filling processes of sodium ions in the low potential plateau region. Based on this new finding, a microstructure‐dependent mechanism (“adsorption‐intercalation/filling” hybrid mechanism) is proposed to achieve an overall understanding of the sodium storage behaviors in different hard carbon materials, which may provide deep insight into the rational design of hard carbon structures as high‐performance anode materials for advanced SIBs.
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