Entropy-modulated and interlayer-doped transition metal layered oxides enable high-energy-density sodium-ion capacitors

电容器 材料科学 功率密度 储能 纳米技术 电压 光电子学 化学工程 电气工程 热力学 功率(物理) 物理 工程类
作者
Tiansheng Wang,Yadong Li,Zhengyuan Chen,Qingshan Liu,Jian Lang,Langyuan Wu,Wendi Dong,Zhengyu Ju,Hongsen Li,Xiaogang Zhang,Guihua Yu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (10): 8785-8793 被引量:11
标识
DOI:10.1007/s12274-024-6640-3
摘要

In recent years, sodium-ion capacitors have attracted attention due to their cost-effectiveness, high power density and similar manufacturing process to lithium-ion capacitors. However, the utilization of oxide electrodes in traditional sodium-ion capacitors restricts their further advancement due to the inherent low operating voltage and electrolyte consumption based on their energy storage mechanism. To address these challenges, we incorporated Zn, Cu, Ti, and other elements into Na0.67Ni0.33Mn0.67O2 to synthesize P2-type Na0.7Ni0.28Mn0.6Zn0.05Cu0.02Ti0.05O2 with a modulated entropy and pillaring Zn. Through the synergistic interplay between the interlayer pillar and the entropy modulation within the layers, the material exhibits exceptional toughness, effectively shielding it from detrimental phase transitions at elevated voltage regimes. As a result, the material showcases outstanding kinetic properties and long-term cycling stability across the voltage range. By integrating these materials with hierarchical porous carbon nanospheres to form a “rocking chair” sodium-ion capacitor, the hybrid full device delivers a high energy density (171 Wh·kg−1) and high power density (5245 W·kg−1), as well as outstanding cycling stability (77% capacity retention after 3000 cycles). This work provides an effective material development route to realize simultaneously high energy and power for next-generation sodium-ion capacitors.
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