A zero-strain layered metal oxide as the negative electrode for long-life sodium-ion batteries

电极 材料科学 储能 氧化物 离子 氧化钠 电化学 化学工程 纳米技术 化学 冶金 热力学 功率(物理) 有机化学 物理化学 工程类 物理
作者
Yuesheng Wang,Xiqian Yu,Shuyin Xu,Jianming Bai,Ruijuan Xiao,Yong‐Sheng Hu,Hong Li,Xiao‐Qing Yang,Liquan Chen,Xuejie Huang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:4 (1) 被引量:573
标识
DOI:10.1038/ncomms3365
摘要

Room-temperature sodium-ion batteries have shown great promise in large-scale energy storage applications for renewable energy and smart grid because of the abundant sodium resources and low cost. Although many interesting positive electrode materials with acceptable performance have been proposed, suitable negative electrode materials have not been identified and their development is quite challenging. Here we introduce a layered material, P2-Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2, as the negative electrode, which exhibits only ~0.77% volume change during sodium insertion/extraction. The zero-strain characteristics ensure a potentially long cycle life. The electrode material also exhibits an average storage voltage of 0.75 V, a practical usable capacity of ca. 100 mAh g−1, and an apparent Na+ diffusion coefficient of 1 × 10−10 cm−2 s−1 as well as the best cyclability for a negative electrode material in a half-cell reported to date. This contribution demonstrates that P2-Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2 is a promising negative electrode material for the development of rechargeable long-life sodium-ion batteries. Anode materials in sodium-ion batteries can undergo significant volume change upon sodium insertion and extraction, leading to deteriorated cycling performance. Wang et al. report a layered metal oxide anode with zero-strain characteristics, which may lead to extended battery cycle life.
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