Robust Surface [BO3] Gradient Integration: Nanoscale Engineering for Enhanced Environmental Stability of Sodium Layered Cathodes

阴极 材料科学 纳米尺度 插层(化学) 电化学 氧化物 纳米技术 储能 降级(电信) 纳米线 化学工程 表面能 金属有机骨架 化学稳定性 接口(物质) 表面工程 结构稳定性 可扩展性 纳米棒 灵敏度(控制系统) 分解水 极化(电化学) 纳米结构 纳米颗粒 石墨烯
作者
Sheng Xu,Rixin Liu,Zhaoguo Liu,Jing-chang Li,Jiaming Tian,Hangyu Lu,Wenjie Ning,Yue Zhu,Haoshen S. Zhou,Shaohua Guo
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (31): 22068-22081
标识
DOI:10.1021/acsnano.6c08061
摘要

Sodium-ion batteries offer promise for large-scale energy storage, yet the environmental sensitivity of layered cathode materials significantly hinders commercialization. Current strategies often fail to simultaneously address water intercalation and cation exchange while maintaining electrochemical performance. Here, we demonstrate a nanoscale surface engineering approach through the formation of a precisely controlled ∼20 nm [BO3] gradient on layered oxide cathode surfaces. This gradient integration creates a protective interface by coordinating with [MnO6] polyhedra at the material surface, as confirmed by EELS analysis and DFT calculations. The surface-modified P2-Na0.67Mn0.88Al0.12B0.05O2 (NMABO) cathodes deliver 176 mAh g-1 initial capacity at 0.2C and 80.1% retention after 1000 cycles at 10C. Crucially, the engineered interface enables exceptional moisture resistance in NMABO with 80.3% capacity retention after 1300 cycles following 14-day air exposure and shows minimal capacity loss after 2-year storage under controlled conditions. Mechanistic investigations reveal that the [BO3] gradient simultaneously inhibits Jahn-Teller distortion and creates energetic barriers against H2O intercalation and Na+/H+ exchange. The strategy's universality is further validated on commercial O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 cathodes, which demonstrate robust stability in humid air and confirm superior acid and oxidation resistance. This work establishes a scalable approach for enhancing the environmental stability of sodium layered oxides through rational nanoscale interface design, addressing the fundamental degradation in ambient conditions.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
youhao6a完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
桑榆完成签到,获得积分20
1秒前
1秒前
ll发布了新的文献求助150
1秒前
CipherSage的应助被Jing采纳,获得10
1秒前
洁净乐松完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
顾人发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
周硕完成签到 ,获得积分10
2秒前
3秒前
3秒前
慕青的应助被方姿采纳,获得10
3秒前
共享精神的应助被欣喜越泽采纳,获得10
4秒前
666完成签到,获得积分10
4秒前
halosheep完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
qianhuxinyu发布了新的文献求助10
6秒前
GJ完成签到 ,获得积分10
6秒前
04d的应助被YNN采纳,获得10
6秒前
青木子完成签到,获得积分10
6秒前
pp发布了新的文献求助10
7秒前
故里发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
吱叽球发布了新的文献求助10
8秒前
juxing1完成签到 ,获得积分10
8秒前
yhy发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
四宝完成签到 ,获得积分10
9秒前
Jing关注了科研通微信公众号
10秒前
莫愁发布了新的文献求助10
10秒前
失眠山柏发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
小洋完成签到,获得积分10
10秒前
李健的应助被Hollen采纳,获得10
11秒前
11秒前
隐形的惜萱完成签到,获得积分10
11秒前
Orange的应助被77采纳,获得10
11秒前
LpmxRk发布了新的文献求助10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Challenging Attachment Theory 600
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8140162
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9540560
关于积分的说明 21640474
捐赠科研通 7724222
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3421034
关于科研通互助平台的介绍 2546194
邀请新用户注册赠送积分活动 2463082