Electrode Design for High-Performance Sodium-Ion Batteries: Coupling Nanorod-Assembled Na3V2(PO4)3@C Microspheres with a 3D Conductive Charge Transport Network

材料科学 电极 纳米棒 电导率 化学工程 限制电流 阴极 导电体 离子 多孔性 纳米技术 电化学 复合材料 物理化学 工程类 有机化学 化学
作者
Zhiqiang Lv,Minhua Ling,Hongming Yi,Huamin Zhang,Qiong Zheng,Xianfeng Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (12): 13869-13877 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acsami.9b22746
摘要

As one of the most promising cathodes for sodium-ion batteries, the polyanionic compounds still suffer from unsatisfactory capacity and rate performance resulting from poor electron conductivity. Furthermore, the charge-transfer kinetics, especially for Na+, becomes limiting as the mass loading increases. Herein, a robust free-standing electrode coupling optimal porous Na3V2(PO4)3@C microspheres with a bicontinuous charge transport network is designed and prepared by a simple casting method. In the design, the optimal porous carbon-coated microspheres, composed of some continuous nanorods, along with interwoven carbon nanofiber networks offer efficient electron transport and facile ion diffusion. Such an elaborate design enables impressive electron/ion conductivity, contributing to remarkable rate performance (116.1 mA h g–1 at 0.2 C; 96 mA h g–1 at 30 C) and outstanding cycling stability (90% capacity retention in 500 cycles at 1 C; 80% capacity retention in 5000 cycles at 10 C), which has surpassed other similar Na3V2(PO4)3-based free-standing electrodes as reported. More importantly, when mass loading extends to 8 mg cm–2, an excellent capacity retention of 75% at 10 C can be obtained. The research offers a new avenue into the rational design of porous microspheres electrode with high conductive charge transport network, indicating its superiority in practical applications.
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