Modulating the defects of graphene blocks by ball-milling for ultrahigh gravimetric and volumetric performance and fast sodium storage

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作者
Yue Dong,Xieji Lin,Dengke Wang,Renlu Yuan,Su Zhang,Xiaohong Chen,Lyubov G. Bulusheva,А. В. Окотруб,Huaihe Song
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:30: 287-295 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.05.016
摘要

Dense carbon materials with fast sodium storage performance are strongly desired for developing high-energy and high-power devices, but remain challenging because of the sluggish Na+ transport kinetics. Herein, we report that the defect density and sp2 cluster size of dense graphene blocks (DGB) can be elaborately modulated by ball-milling to achieve both high gravimetric and volumetric capacities and outstanding rate performance for Na+ storage. The loose graphene flakes are cut into small platelets with enriched defects and simultaneously densified by mechanical forces, leading to abundant active sites for Na+ storage, controlled sp2 size as conductive networks, and large interlayer spacing for fast Na+ transport. The DGB performs a novel capacitive Na+ storage with high capacities of 507 mAh g−1 and 397 mAh cm−3 at 50 ​mA ​g−1, and an ultrahigh rate of 181 mAh g−1 at 10 ​A ​g−1. It also shows a remarkable cycle stability due to the strongly-coupled layer structure. The comprehensive performance is superior to most of the reported carbons. The Na-ion capacitor delivers an ultrahigh energy density of 45 ​Wh kg−1 even at 14,205 ​W ​kg−1. Our work broadens the avenue for preparing advanced carbon materials for compact Na+ storage.
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