Potential-dependent interfacial specific adsorption accelerates charge transfer in sodium-ion batteries

材料科学 化学物理 吸附 氧化物 电极 极化(电化学) 亥姆霍兹自由能 电化学 化学工程 溶解 堆积 动能 分子 格子(音乐) 金属 相变 法拉第效率 储能 相(物质) 电化学电位 析氧 化学稳定性 氧气 氧化铌 表面电荷 渗透(战争) 电解质 消散
作者
Shao-Wen Xu,Wei Liu,Xu Zhu,Zhuozheng Hong,Lisheng Qian,Chen Cheng,Kai Chen,Liang Zhang,Chuansheng Ma,Mengting Liu,Le Yi Shi,Yao Xiao,Shi Xue Dou,Yonghong Cheng,Peng‐Fei Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69559-x
摘要

Abstract Fast-charging capabilities of sodium-ion batteries have emerged as a pivotal objective within the energy storage fields. Sodium layered P2-type oxide cathodes have the most potential for fast charging due to their inherent fast Na + mobility. However, their electrochemical polarization and interfacial charge transfer especially at high state of charge are limiting factors in quick kinetic response for large current. Herein, we demonstrate that a typical P2-type cathode (Na 0.7 Ni 0.27 Mn 0.53 Cu 0.04 Fe 0.08 Ti 0.08 O 2 ) achieves high-rate capacities through avoiding octahedral stacking faults, maintaining lattice oxygen activity and controlling anion-specific adsorption. The intermediate Z-phase intergrowth structure mitigate kinetic hysteresis and thermodynamic polarization by simultaneously suppressing the detrimental P2−O2 phase evolution and irreversible oxygen redox. The potential-dependent competitive adsorption mechanism between anions and solvent molecules is revealed within the inner Helmholtz plane (IHP), where optimized anion-specific adsorption elevates potential difference between cathodes and IHP, accelerating charge transfer across the electrode/electrolyte interface. Furthermore, the F-rich cathode/electrolyte interphase generated from IHP avoids transition metal dissolution and surface lattice collapse for stable long-term cycling. This study highlights the synergistic coupling interaction between bulk phase stability and interfacial environment optimization in ensuring fast Na + /charge transport kinetics for sodium-ion batteries.
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