Constructing low N/P ratio sodium-based batteries by reversible Na metal electrodeposition on sodiophilic zinc-metal-decorated hard carbons

阳极 法拉第效率 阴极 材料科学 金属 化学工程 储能 电极 化学 钠离子电池 无机化学 冶金 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
S. Zhao,Ruoxue Qiu,Jiasheng Su,Falei Li,Yanting Liu,Lituo Zheng,Yiyin Huang,Mingdeng Wei,Zhensheng Hong
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:544: 231862-231862 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231862
摘要

Nowadays, the main deficiency in boosting the commercialization of sodium ion battery is the relatively low energy density. Herein, we propose a new way to significantly improve the energy density by constructing low negative/positive (N/P) ratio sodium-based batteries enabled by reversible Na metal electrodeposition on sodiophilic zinc-metal-decorated hard carbons (HC–Zn) anode. HC-Zn is used as a typical insertion anode, and simultaneously as a substrate for Na metal plating, leading to the formation of a composite NaxC-Na metal anode with a hybrid energy storage process. We also provide a general and low-cost method of Zn metal coating on various hard carbons. The compatibility between Zn and Na metal is firstly revealed by molecular dynamics simulations. As a result, HC-Zn electrode exhibits a highly reversibility even at a high-capacity of 1100 mA h g−1 and 5C rate, which can stably cycle 1400 cycles with a high Coulombic efficiency around 100%. Finally, the full cells of HC-Zn anode coupling with sodium vanadyl phosphate cathode with low NP ratio (NP = 0.8 and 0.6) are constructed which display good cycling stability and remarkably improved energy density from 220 Wh/kg of regular NP 1.1 to 286 Wh/kg.
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