Probing Sodium Storage Mechanism in Hollow Carbon Nanospheres Using Liquid Phase Transmission Electron Microscopy

阳极 电解质 材料科学 透射电子显微镜 化学工程 钠离子电池 碳纤维 电极 纳米技术 化学 复合材料 复合数 工程类 法拉第效率 物理化学
作者
Jing Hou,Zihan Song,Mateusz Odziomek,Nadezda V. Tarakina
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (41) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202301415
摘要

Carbonaceous materials are promising sodium-ion battery anodes. Improving their performance requires a detailed understanding of the ion transport in these materials, some important aspects of which are still under debate. In this work, nitrogen-doped porous hollow carbon spheres (N-PHCSs) are employed as a model system for operando analysis of sodium storage behavior in a commercial liquid electrolyte at the nanoscale. By combining the ex situ characterization at different states of charge with operando transmission electron microscopy experiments, it is found that a solvated ionic layer forms on the surface of N-PHCSs at the beginning of sodiation, followed by the irreversible shell expansion due to the solid-electrolyte interphase (SEI) formation and subsequent storage of Na(0) within the porous carbon shell. This shows that binding between Na(0) and C creates a Schottky junction making Na deposition inside the spheres more energetically favorable at low current densities. During sodiation, the SEI fills the gap between N-PHCSs, binding spheres together and facilitating the sodium ions' transport toward the current collector and subsequent plating underneath the electrode. The N-PHCSs layer acts as a protective layer between the electrolyte and the current collector, suppressing the possible growth of dendrites at the anode.

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