Sodium Storage and Transport Properties in Layered Na2Ti3O7 for Room‐Temperature Sodium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 过电位 电化学 阳极 活化能 离子 电极 空位缺陷 钠离子电池 化学工程 分析化学(期刊) 物理化学 结晶学 化学 冶金 工程类 法拉第效率 有机化学 色谱法
作者
Huilin Pan,Xia Lu,Xiqian Yu,Yong‐Sheng Hu,Hong Li,Xiao‐Qing Yang,Liquan Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:3 (9): 1186-1194 被引量:496
标识
DOI:10.1002/aenm.201300139
摘要

Abstract Layered sodium titanium oxide, Na 2 Ti 3 O 7 , is synthesized by a solid‐state reaction method as a potential anode for sodium‐ion batteries. Through optimization of the electrolyte and binder, the microsized Na 2 Ti 3 O 7 electrode delivers a reversible capacity of 188 mA h g −1 in 1 M NaFSI/PC electrolyte at a current rate of 0.1C in a voltage range of 0.0–3.0 V, with sodium alginate as binder. The average Na storage voltage plateau is found at ca. 0.3 V vs. Na + /Na, in good agreement with a first‐principles prediction of 0.35 V. The Na storage properties in Na 2 Ti 3 O 7 are investigated from thermodynamic and kinetic aspects. By reducing particle size, the nanosized Na 2 Ti 3 O 7 exhibits much higher capacity, but still with unsatisfied cyclic properties. The solid‐state interphase layer on Na 2 Ti 3 O 7 electrode is analyzed. A zero‐current overpotential related to thermodynamic factors is observed for both nano‐ and microsized Na 2 Ti 3 O 7 . The electronic structure, Na + ion transport and conductivity are investigated by the combination of first‐principles calculation and electrochemical characterizations. On the basis of the vacancy‐hopping mechanism, a quasi‐3D energy favorable trajectory is proposed for Na 2 Ti 3 O 7 . The Na + ions diffuse between the TiO 6 octahedron layers with pretty low activation energy of 0.186 eV.
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