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

材料科学 锰 阴极 超短脉冲 离子 钠 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,Qi 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:27
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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