Ultrafast and Highly Efficient Sodium Ion Storage in Manganese‐Based Tunnel‐Structured Cathode

材料科学 阴极 超短脉冲 离子 储能 纳米技术 冶金 有机化学 物理化学 光学 功率(物理) 化学 物理 激光器 量子力学
作者
Hanghui Liu,Ruijie Feng,Fiaz Hussain,Yanchen Liu,Liuqi Wang,Q. Fan,Mingzhu Ni,Ce Qiu,Mingqing Sun,Jinshi Wang,Tong Wang,Zhengyi Shi,Xiaohui Zhu,Hui Xia
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202404442
摘要

Abstract Na 0.44 MnO 2 with tunnel structure is considered a promising low‐cost cathode material for sodium‐ion batteries. However, the sluggish Na + transport kinetics and low initial Coulombic efficiency restrict its practical applications in rechargeable sodium‐ion batteries. Herein, a manganese‐based tunnel‐structured cathode with high rate capability and high initial Coulombic efficiency is prepared by niobium doping and sodium compensation. Via materials characterizations and theoretical calculations, it is demonstrated that a proper amount of niobium doping in tunnel structure can effectively improve its structural stability and charge transport kinetics, resulting in outstanding rate capability (76.6% capacity retained from 0.5 to 30 C) and superior cycling performance (82.3% capacity retention after 800 cycles at 5 C) for the optimized Nb‐doped Na 0.44 MnO 2 cathode (Na 0.44 Mn 0.98 Nb 0.02 O 2 ). Furthermore, NaCrO 2 is added into the Na 0.44 Mn 0.98 Nb 0.02 O 2 cathode as a self‐sacrificing sodium compensation additive, and a high initial Coulombic efficiency close to 100% is achieved for the composite cathode. This work establishes a facile strategy to design advanced manganese‐based cathode materials for large‐scale energy storage applications.
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