Integrated N, P co-doped and dense carbon networks produced by a chemical crosslinking strategy: Facilitating high gravimetric/volumetric performance sodium ion batteries

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作者
Haijun Wang,Haocheng Yuan,Wenwei Zhan,Young‐Seak Lee,Heejae Shin,Xianbin Wei,Qing Cai,Jinle Lan,Yunhua Yu,Xiaoping Yang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:165: 204-215 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2020.04.002
摘要

Low-cost sodium ion batteries (SIBs) have shown hopeful perspective for large-scale energy storage systems. However, the development of carbon anode materials with high gravimetric and volumetric capacity is still a challenge. Herein, we propose a novel dense and N, P co-doped carbon derived from high density crosslinked bacterial cellulose (BC) with hexachlorocyclotriphosphazene (HCCP), which simultaneously combines high gravimetric and volumetric capacity. The as-prepared electrode demonstrates a high reversible capacity of 223 mAh g−1 at 0.05 A g−1 and superior rate performance (145 mAh g−1 at 10 A g−1) based on the overall electrode materials. The full SIBs with this electrode show a high energy density (156.1 Wh kg−1) as well as a high Coulombic efficiency in the potential range of 0–4.2 V. Density functional theory (DFT) calculation and kinetic analysis reveals that the synergistic effect of N, P co-doped configurations contributes to the superior sodium storage performance. Moreover, this electrode possesses high pressing density of 1.40 g cm−3, which increases the volumetric capacity greatly (from 97.2 to 312.2 mAh cm−3). This work proposes a new idea towards the development of low-cost bacterial cellulose that can be used in practical applications for high gravimetric and volumetric performance SIBs.
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