Efficient Sodium Storage in Selenium Electrodes Achieved by Selenium Doping and Copper Current Collector Induced Displacement Redox Mechanisms

材料科学 阳极 氧化还原 兴奋剂 电极 化学工程 单排替反应 无机化学 物理化学 光电子学 化学 冶金 工程类
作者
Weijia Meng,Zhenzhen Dang,Dian‐sen Li,Lei Jiang,Daining Fang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (39) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202204364
摘要

Abstract Selenium (Se), with its high specific volume capacity and high electronic and superior kinetics, is considered a promising electrode material with promising applications. However, the solvation and shuttle effects of polyselenides hinder their further application. The selenium/nitrogen‐doped hollow porous carbon spheres (Se/NHPCs) are obtained using the sacrificial template and in situ gas‐phase selenization methods. The Se species are doped into carbon matrixes in an adjustable amount to form Se‐C(N) bonds during this process. Density functional theory calculations show that the Se‐C(N) bond enhances the charge transfer between Na 2 Se and carbon matrix and binding energy, which improves rate performance and cycling stability. As expected, Se/NHPCs electrode exhibit high reversible capacity (480 mAh g –1 at 0.5 A g –1 after 200 cycles) and rate performance (311 mAh g –1 at 5 A g –1 ) as the anode for sodium‐ion batteries. A series of ex situ characterization results show that Cu 2 Se produced by copper current collector induction is effective in the adsorption of polyselenides while enhancing the electrode conductivity. Since the lattice structures of Cu 2 Se and Na 2 Se are similar, this displacement reaction that does not involve lattice reconfiguration provides an effective strategy for the preparation of high‐performance and low‐cost electrode materials.
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