Optimized TiO Subcompounds and Elastic Expanded MXene Interlayers Boost Quick Sodium Storage Performance

材料科学 钠离子电池 无定形固体 阳极 离子 扩散阻挡层 电导率 扩散 复合数 价(化学) 电极 化学工程 复合材料 分析化学(期刊) 纳米技术 结晶学 热力学 物理化学 冶金 图层(电子) 化学 法拉第效率 工程类 物理 量子力学 色谱法
作者
Chengxing Lu,Xingyu Li,Ronghui Liu,Hua‐Jie Niu,Qingyan Wang,Tingjiao Xiao,Jianjun Liu,Hua Wang,Wei Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (19) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adfm.202215228
摘要

Abstract To develop quick‐charge sodium‐ion battery, it is significant to optimize insertion‐type anode to afford fast Na + diffusion rate and excellent electron conductivity. First‐principles calculations reveal the TiO subcompound superiority for Na + diffusion following Ti(II)O > Ti(III)O > Ti(IV)O. Hence, in situ growth of amorphous TiO subcompounds with rich oxygen defects based on Ti 3 C 2 T x ‐MXene is developed. Meanwhile, the composite presents expanded MXene interlayer spacing and much enhanced conductivity. The synergistic effect of enhanced electron/ion conduction gives a high capacity of 107 mAh g −1 at 50 A g −1 , which gives 50% and 150% increasements compared with one counterpart without valence adjustment and another one without MXene expansion. It only needs 20 s (at 30 A g −1 ) to complete the discharge/charge process and obtains a capacity of 144.5 mAh g −1 , which also shows a long‐term cycling stability at quick‐charge mode (121 mAh g −1 after 10000 cycles at 10 A g −1 ). The enhanced performance comes from fast electron transfer among TiO subcompounds contributed by rich‐defect amorphous TiO 2–x , and a reversible change of elastic MXene with interlayer spacing between 1.4 and 1.9 nm during Na + insertion/extraction process. This study provides a feasible route to boost the kinetics and develop quick‐charge sodium‐ion battery.
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