Tantalum-Doped Titanium Oxide with Rutile Structure as a Novel Anode Material for Sodium-Ion Battery

金红石 阳极 兴奋剂 材料科学 氧化钛 无机化学 氧化物 电池(电) 离子 化学工程 冶金 化学 电极 光电子学 物理化学 功率(物理) 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Hiroyuki Usui,Yasuhiro Domi,Kunihiko Takama,Yuri Tanaka,Hiroki Sakaguchi
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:2 (5): 3056-3060 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsaem.9b00585
摘要

We hydrothermally synthesized various-element-doped rutile TiO2 for Na-ion battery anodes. Sn- and In-doped TiO2 electrodes showed poor performances. In contrast, Ta- and Nb-doped TiO2 electrodes exhibited larger discharge capacities, which is attributed to an expanded diffusion path and improved electronic conductivity. Among them, the Ta-doped one delivered excellent cycling performance and better rate capability. A first-principles calculation revealed that Ta doping reduced electron charge density in rutile's Na+-diffusion path because Ta5+ has larger effective nuclear charge to attract strongly outermost electron. Therefore, Na+ was not bound by electron to easily diffuse in TiO2 particle, which leading to the enhanced capacity.
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