High-Level Heteroatom Doped Two-Dimensional Carbon Architectures for Highly Efficient Lithium-Ion Storage

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作者
Zhijie Wang,Yanyan Wang,Wenhui Wang,Xiaoliang Yu,Wei Lv,Bin Xiang,Yan‐Bing He
出处
期刊:Frontiers in Chemistry [Frontiers Media SA]
卷期号:6 被引量:8
标识
DOI:10.3389/fchem.2018.00097
摘要

In this work, high-level heteroatom doped two-dimensional hierarchical carbon architectures (H-2D-HCA) are developed for highly efficient Li-ion storage applications. The achieved H-2D-HCA possesses a hierarchical 2D morphology consisting of tiny carbon nanosheets vertically grown on carbon nanoplates and containing a hierarchical porosity with multiscale pore size. More importantly, the H-2D-HCA shows abundant heteroatom functionality, with sulfur (S) doping of 0.9 % and nitrogen (N) doping of as high as 15.5 %, in which the electrochemically active N accounts for 84 % of total N heteroatoms. In addition, the H-2D-HCA also has an expanded interlayer distance of 0.368 nm. When used as lithium-ion battery anodes, it shows excellent Li-ion storage performance. Even at a high current density of 5 A g-1, it still delivered a high discharge capacity of 329 mA h g-1 after 1000 cycles. First principle calculations verified that such unique microstructure characteristics and high-level heteroatom doping nature can enhance Li adsorption stability, electronic conductivity and Li diffusion mobility of carbon nanomaterials. Therefore, the H-2D-HCA could be promising candidates for next-generation LIB anodes.

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