Space‐Confined Guest Synthesis to Fabricate Sn‐Monodispersed N‐Doped Mesoporous Host toward Anode‐Free Na Batteries

材料科学 阳极 法拉第效率 介孔材料 过电位 成核 化学工程 纳米技术 杂原子 碳纤维 电极 电化学 催化作用 复合材料 有机化学 物理化学 工程类 化学 复合数 戒指(化学)
作者
Siwu Li,Haolin Zhu,Yuan Liu,Qiang Wu,Shijie Cheng,Jia Xie
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (32) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202301967
摘要

Severe issues including volume change and dendrite growth on sodium metal anodes hinder the pursuit of applicable high-energy-density sodium metal batteries. Herein, an in situ reaction approach is developed that takes metal-organic frameworks as nano-reactor and pore-former to produce a mesoporous host comprised of nitrogen-doped carbon fibers embedded with monodispersed Sn clusters (SnNCNFs). The hybrid host shows outstanding sodiophilicity that enables rapid Na infusion and ultralow Na nucleation overpotential of 2 mV. Its porous structure holds a high Na content and guides uniform Na deposition. Such host provides favorable Na plating/stripping with an average Coulombic efficiency of 99.96% over 2000 cycles (at 3 mA cm-2 and 3 mA h cm-2 ). The Na-infused SnNCNF anode delivers extreme Na utilization of 86% in symmetric cells (at 10 mA cm-2 and 10 mA h cm-2 ), outstanding rate capability and cycle life in Na-SnNCNF||Na3 V2 (PO4 )3 full cells (at 1 A g-1 for over 1000 cycles with capacity retention of 92.1%). Furthermore, high-energy/power-density anode-less and anode-free Na cells are achieved. This work presents an effective heteroatom-doping approach for fabricating multifunctional porous carbon materials and developing high-performance metal batteries.
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