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宮勇吉SusMat：極端電流密度下10000次循環(huán)，262 Wh/kg高性能鈉電!

提高鈦基材料的倍率能力對(duì)于發(fā)揮其作為鈉離子電池（SIBs）負(fù)極材料的潛力至關(guān)重要。

北京航空航天大學(xué)宮勇吉等通過(guò)一步法合成了具有均勻分布超薄碳納米片的錳摻雜鈦酸鈉納米線（Mn-NTO@C），顯示了更高的功率密度。

圖1. 材料制備示意

所制備的Mn-NTO@C展示了混合儲(chǔ)能的實(shí)現(xiàn)，它協(xié)調(diào)了擴(kuò)散控制的行為和贗電容控制的行為。研究發(fā)現(xiàn)，Mn雜原子可以提高Na₂Ti₃O₇相在擴(kuò)展晶格中的比例，促進(jìn)鈉離子的擴(kuò)散控制插入/脫出過(guò)程。

同時(shí)，Mn-NTO納米線和碳納米片的混合形態(tài)提供了一個(gè)促進(jìn)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。電容分析顯示，Mn-NTO@C通過(guò)混合擴(kuò)散-贗電容控制過(guò)程發(fā)揮作用，在10 mV s^-1時(shí)產(chǎn)生近92%的電容貢獻(xiàn)。

圖2. Mn-NTO@C的電容分析

因此，組裝的Na||Mn-NTO@C半電池在24 A g^-1的極端電流密度下工作良好，循環(huán)次數(shù)達(dá)10000次，容量保持率達(dá)95.2%。

此外，Mn-NTO@C||Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)全電池在20 A g^-1的條件下，在超過(guò)10000次的循環(huán)中，每循環(huán)的衰減量只有0.0015%，全電池的能量密度和功率密度分別達(dá)到了262 Wh kg^-1和16.3 kW kg-¹的超高水平。

圖3. Mn-NTO@C||NVP的電化學(xué)性能

Sodium titanate nanowires for Na+-based hybrid energy storage with high power density. SusMat 2022. DOI: 10.1002/sus2.95

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