Integrating Nanoreactor with O–Nb–C Heterointerface Design and Defects Engineering Toward High‐Efficiency and Longevous Sodium Ion Battery

纳米反应器 材料科学 阳极 电解质 纳米技术 钠离子电池 化学工程 电极 纳米颗粒 化学 物理化学 工程类 法拉第效率
作者
Dan Luo,Chuyin Ma,Junfeng Hou,Zhen Zhang,Renfei Feng,Leixin Yang,Xiaowen Zhang,Lu Han,Jiabing Liu,Yebao Li,Yongguang Zhang,Xin Wang,Zhongwei Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (18) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/aenm.202103716
摘要

Abstract Sodium‐ion batteries (SIBs) have attracted much attention for their advantages of high operating voltage, environmental friendliness and cost‐effectiveness. However, the intrinsic defects of anode materials (such as poor electrical conductivity, sluggish kinetics, and large volume changes) hinder them from meeting the requirements for practical applications. Herein, a Nb 2 O 5 @carbon nanoreactor containing both a O–Nb–C heterointerface and oxygen vacancies (Nb 2 O 5‐x @MEC) as an anode material is designed to drive SIBs toward extraordinary capacity and ultra‐long cycle life. The heterostructured nanoreactor both effectively immobilizes defective Nb 2 O 5 by forming O‐Nb‐C heterointerface and offers homogeneous dispersion of Nb 2 O 5 with desirable content to prevent their agglomeration. In addition, vast active interfaces, favored electrolyte infiltration, and a well‐structured ion–electron transportation channel are enabled by the framework, improving sodium ion storage and enhancing redox reaction kinetics. The enhancement brought by spatial confinement, defect implantation and heterointerface design give the composites a highly reversible sodiation–desodiation process and remarkable structural stability. By virtue of these superiorities, Nb 2 O 5‐x @MEC delivers excellent performance, i.e., high areal capacity over 1.1 mAh cm ‐2 , admirable rate capability up to 20 A g ‐1 , and ultra‐long cycling performance over 5000 cycles, holding great promise for utilization in practically viable SIBs.
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