一种由大豆荚制备的氮硫共掺杂炭材料用于钠离子电池负极OA
A N,S co-doped carbon produced from soybean pods for use as the anode in sodium-ion batteries
硬炭因其层间距优势和结构稳定性,已成为钠离子电池颇具前景的负极材料.然而,目前的研究仍受初始库仑效率(ICE)低和可逆比容量差的限制,这阻碍了硬炭的大规模实际应用.在此,提出了一种创新的合成策略.以生物质大豆荚为前驱体,通过一种简便、经济且可持续的方法制备了氮硫共掺杂具有丰富介孔的硬炭.当用作钠离子电池负极时,相对较高的氮掺杂浓度(~17%)、极低的比表面积(9.6 m2 g-1)以及优化的吡啶氮配位结构形成了协同耦合效应,显著提升了材料的电化学性能.具体而言,该材料表现出卓越的电化学性能在 0.1 A g-1 电流密度下,比容量达到 425.0 mAh g-1,ICE达到 83.7%.在 0.05~1 A g-1 电流密度范围内,经 110次循环后,容量保持率高达99.5%.组装的全电池在 0.2 A g-1 电流密度下经 100次循环后仍表现出优异的循环稳定性,保持率为 97.3%,在1 A g-1 的电流密度下能量密度可高达 141.2 Wh kg-1.本研究开发了一种可扩展、低成本且高效的策略,用于制备高性能钠离子电池负极材料.
Hard carbon(HC)is a promising anode material for sodium-ion batteries(SIBs)because of its large interlayer spa-cing and structural stability.However,it has a low initial Cou-lombic efficiency(ICE)and poor reversible specific capacity which limit its use.We report the use of biomass soybean pods as the precursor of a nitrogen and sulfur co-doped hard carbon with abundant mesopores,fabricated by a simple,low-cost and sustainable approach.When used as the anode for sodium-ion batteries,the relatively high nitrogen doping(~17%,mass frac-tion),ultra-low specific surface area(9.6 m2 g-1),and the large amount of pyridinic-N coordination combine to give an excellent electrochemical performance.The material has an outstand-ing electrochemical performance with a specific capacity of 425.0 mAh g-1,and an ICE of 83.7%at a current density of 0.1 A g-1.The capacity retention rate is as high as 99.5%after 110 cycles within a wide current range of 0.05-1 A g-1.An as-sembled full cell has an excellent cycling stability with 97.3%capacity retention after 100 cycles at a current density of 0.2 A g-1,and the energy density can reach as high as 141.2 Wh kg-1 at 1 A g-1.
姚雪慧;吴静;陈莉晴;白杰;王利;张齐齐;郭凡辉;武建军;张一昕
中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 化学工程与技术学院,江苏 徐州 221116
化学化工
生物质硬炭多孔炭材料氮、硫共掺杂电化学性质钠离子电池
Biomass hard carbonPorous carbon materialsN,S co-dopingElectrochemical propertiesSodium-ion battery
《新型炭材料(中英文)》 2026 (1)
157-172,16
This study was funded by Key R&D Program of Shandong Province(Innovation Ability Improvement Project for Small and Medium-sized Science and Technology Enterprises)(2024TSGC0633,2024TS-GC0983).
评论