空心NaTi2(PO4)3@C纳米立方体负极实现高性能水系钠离子电池

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水系钠离子电池(ARSIB)由于具有低的成本、高的安全性和环境友好性,有望实现大规模储能应用。然而,ARSIB较差的循环寿命和较低的能量密度阻碍了其实际应用。


近日, 新加坡南洋理工大学的Pooi See Lee和中国科学技术大学陈立锋教授等人通过一种简便、低成本的水热法设计了一种中空NaTi2(PO4)3纳米立方体负极,用于ARSIB,可实现较高的能量密度和循环寿命。

空心NaTi2(PO4)3@C纳米立方体负极实现高性能水系钠离子电池

图 1、空心NTP@C纳米立方体的形态和结构表征。a,b)不同放大倍率的扫描电子显微镜(SEM)图像,c)透射电子显微镜(TEM)图像,d)高分辨率TEM(HRTEM)图像,e)选区电子衍射(SAED)图案,和f)Ti、Na和C的元素分布。


【本文要点】

要点1. 本文在常温下使用简单的水热法,制备了中空碳包覆的NTP纳米立方体(NTP@C)作为ARSIB负极。


要点2. 深共晶电解质中锌金属诱导的负极预钠化能够补偿钠离子,并最大限度地减少Na0.44MnO2正极的锰溶解,因此Na0.44MnO2正极可提供75.16 mAh g-1的高容量。


要点3. 基于空心NTP@C负极和深共晶电解质中NMO正极的ARSIB可稳定循环3500次并实现50.0 Wh kg-1的高能量密度


总之,本文通过简单的水热反应制备了空心NTP@C纳米立方体负极,还采用了一种负极容量补偿策略,在深共晶电解质中使得NMO正极具有≈75 mAh g-1的超高可逆容量,最大限度地减少了NMO正极中Mn的溶解,组装的全电池实现了优异的循环性能和倍率性能,有望应用于大规模储能。

空心NaTi2(PO4)3@C纳米立方体负极实现高性能水系钠离子电池

图 2、空心NTP@C//NMO全电池的电化学性能。a)0.2 C的充放电曲线。b)0.2 C下的循环性能。c)倍率性能。d)5 C下的循环性能。e)与其他ARSIB的电化学性能比较。


Zhiguo Hou, et al. Towards High-Performance Aqueous Sodium Ion Batteries: Constructing Hollow NaTi2(PO4)3@C Nanocube Anode with Zn Metal-Induced Pre-Sodiation and Deep Eutectic Electrolyte. Adv. Energy Mater., 2022, https://doi.org/10.1002/aenm.202104053


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