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Erschienen in: Rare Metals 5/2023

30.01.2023 | Original Article

Expanded mesocarbon microbead cathode for sodium-based dual-ion battery with superior specific capacity and long-term cycling stability

verfasst von: Yu-Jia Wang, Xue-Wen Yu, Peng Zhang, Zheng-Jie Wang, Lei Yan, Liang He, Ze-Kai Wang, Zhi-Qiang Shi

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 5/2023

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Abstract

Dual-ion batteries (DIBs) have attracted tremendous attention owing to their high operating voltage and are considered promising candidates for low-cost clean energy storage devices. However, the decomposition of electrolytes and collapse of the cathode structure may lead to low Coulombic efficiency (CE) and low cycling stability of DIBs. Wide-layered electrode materials can accommodate the intercalation/deintercalation of large anions, which is believed to overcome these issues. Herein, expanded mesocarbon microbeads (200HRO-MCMB) possessing an enlarged interlayer spacing (0.405 nm) were prepared via modified Hummers and subcritical hydrothermal reduction methods. After the indispensable electrochemical activation, 200HRO-MCMB (hydrothermal reduction at 200 °C) exhibited a high specific capacity (120 mAh·g−1 at 50 mA·g−1) when used as a cathode for a sodium-based DIB, and the CE significantly improved within the 2.0–4.5 V voltage range. Additionally, the cycling stability exceeded over 600 cycles. Remarkably, this cathode possessed enlarged interlayers that decreased the barrier of PF6 transport, and the battery storage mechanism corresponded to a transitioning state between double-layer capacitance and Faradaic intercalation. Undoubtedly, this work will expand the scope of the practical application of low-cost sodium-based DIBs.

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Zurück zum Zitat Fang Y, Chen C, Fan J, Zhang M, Yuan W, Li L. Reversible interaction of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium cations with 5,7,12,14-pentacenetetrone from a pure ionic liquid electrolyte for dual-ion batteries. Chem Commun. 2019;55(57):8333. https://doi.org/10.1039/C9CC04626G.CrossRef Fang Y, Chen C, Fan J, Zhang M, Yuan W, Li L. Reversible interaction of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium cations with 5,7,12,14-pentacenetetrone from a pure ionic liquid electrolyte for dual-ion batteries. Chem Commun. 2019;55(57):8333. https://​doi.​org/​10.​1039/​C9CC04626G.CrossRef
[28]
Zurück zum Zitat Placke T, Schmuelling G, Kloepsch R, Meister P, Fromm O, Hilbig P, Meyer HW, Winter M. In situ X-ray diffraction studies of cation and anion intercalation into graphitic carbons for electrochemical energy storage applications. Z Anorg Allg Chem. 2014;640(10):1996. https://doi.org/10.1002/zaac.201400181.CrossRef Placke T, Schmuelling G, Kloepsch R, Meister P, Fromm O, Hilbig P, Meyer HW, Winter M. In situ X-ray diffraction studies of cation and anion inter­calation into graphitic carbons for electrochemical energy storage applications. Z Anorg Allg Chem. 2014;640(10):1996. https://​doi.​org/​10.​1002/​zaac.​201400181.CrossRef
[35]
Zurück zum Zitat Qiu S, Xiao L, Sushko ML, Han KS, Shao Y, Yan M, Liang X, Mai L, Feng J, Cao Y, Ai X, Yang H, Liu J. Manipulating adsorption–insertion mechanisms in nanostructured carbon materials for high-efficiency sodium ion storage. Adv Energy Mater. 2017;7(17):1700403. https://doi.org/10.1002/aenm.201700403.CrossRef Qiu S, Xiao L, Sushko ML, Han KS, Shao Y, Yan M, Liang X, Mai L, Feng J, Cao Y, Ai X, Yang H, Liu J. Manipulating adsorption–insertion mechanisms in nanostructured carbon materials for high-efficiency sodium ion storage. Adv Energy Mater. 2017;7(17):1700403. https://​doi.​org/​10.​1002/​aenm.​201700403.CrossRef
[38]
Zurück zum Zitat McAllister MJ, Li JL, Adamson DH, Schniepp HC, Abdala AA, Liu J, Herrera-Alonso M, Milius DL, Car R, Prud’homme RK, Aksay IA. Single sheet functionalized graphene by oxidation and thermal expansion of graphite. Chem Mat. 2007;19(18):4396. https://doi.org/10.1021/cm0630800.CrossRef McAllister MJ, Li JL, Adamson DH, Schniepp HC, Abdala AA, Liu J, Herrera-Alonso M, Milius DL, Car R, Prud’homme RK, Aksay IA. Single sheet functionalized graphene by oxidation and thermal expansion of graphite. Chem Mat. 2007;19(18):4396. https://​doi.​org/​10.​1021/​cm0630800.CrossRef
Metadaten
Titel
Expanded mesocarbon microbead cathode for sodium-based dual-ion battery with superior specific capacity and long-term cycling stability
verfasst von
Yu-Jia Wang
Xue-Wen Yu
Peng Zhang
Zheng-Jie Wang
Lei Yan
Liang He
Ze-Kai Wang
Zhi-Qiang Shi
Publikationsdatum
30.01.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 5/2023
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-022-02198-5

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