Pressure‐Induced Defects and Reduced Size Endow TiO2 with High Capacity over 20 000 Cycles and Excellent Fast‐Charging Performance in Sodium Ion Batteries

材料科学 阳极 离子 锐钛矿 化学工程 掺杂剂 兴奋剂 纳米技术 光电子学 电极 化学 有机化学 光催化 工程类 物理化学 催化作用
作者
Meisheng Han,Zhiyu Zou,Jie Liu,Chengfang Deng,Youqi Chu,Yongbiao Mu,Kunxiong Zheng,Fenghua Yu,Lei Wei,Lin Zeng,Tianshou Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (32): e2312119-e2312119 被引量:17
标识
DOI:10.1002/smll.202312119
摘要

Abstract Anatase TiO 2 as sodium‐ion‐battery anode has attracted increased attention because of its low volume change and good safety. However, low capacity and poor rate performance caused by low electrical conductivity and slow ion diffusion greatly impede its practical applications. Here, a bi‐solvent enhanced pressure strategy that induces defects (oxygen vacancies) into TiO 2 via N doping and reduces its size by using mutual‐solvent ethanol and dopant dimethylformamide as pressure‐increased reagent of tetrabutyl orthotitanate tetramer is proposed to fabricate N‐doped TiO 2 /C nanocomposites. The induced defects can increase ion storage sites, improve electrical conductivity, and decrease bandgap and ion diffuse energy barrier of TiO 2 . The size reduction increases contact interfaces between TiO 2 and C and shortens ion diffuse distance, thus increasing extra ion storage sites and boosting ion diffusion rate of TiO 2 . The N‐doped TiO 2 possesses highly stable crystal structure with a slightly increase of 0.86% in crystal lattice spacing and 3.2% in particle size after fully sodiation. Consequently, as a sodium‐ion battery anode, the nanocomposite delivers high capacity and superior rate capability along with ultralong cycling life. This work proposes a novel pressure‐induced synthesis strategy that provides unique guidance for designing TiO 2 ‐based anode materials with high capacity and excellent fast‐charging capability.
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