An ultrastable sodium-ion battery anode enabled by carbon-coated porous NaTi2(PO4)3 olive-like nanospheres

阳极 材料科学 阴极 化学工程 多孔性 碳纤维 快离子导体 涂层 扩散 纳米结构 纳米技术 电极 化学 电解质 复合材料 工程类 物理化学 物理 复合数 热力学
作者
Yuehua Man,Jianlu Sun,Xuwen Zhao,Liping Duan,Yating Fei,Jianchun Bao,Xiangyin Mo,Xiaosi Zhou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:635: 417-426 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.12.155
摘要

NaTi2(PO4)3 (NTP) is a promising anode material for sodium-ion batteries (SIBs). It has drawn wide attention because of its stable three-dimensional NASICON-type structure, proper redox potential, and large accommodation space for Na+. However, the inherent low electronic conductivity of the phosphate framework reduces its charge transfer kinetics, thus limiting its exploitation. Therefore, this paper proposes a material with carbon-coated porous NTP olive-like nanospheres (p-NTP@C) to tackle the issues above. Based on experimental data and theoretical calculations, the porous structure of the material is found to be able to provide more active sites and shorten the Na+ diffusion distance. In addition, the carbon coating can effectively improve the electron and Na+ diffusion kinetics. As the anode material for SIBs, the p-NTP@C olive-like nanospheres exhibit a high reversible capacity (127.3 mAh g-1 at 0.1 C) and ultrastable cycling performance (84.8% capacity retention after 10,000 cycles at 5 C). Furthermore, the sodium-ion full cells, composed of p-NTP@C anode and Na3V2(PO4)2F3@carbon cathode, also deliver excellent performance (75.7% capacity retention after 1000 cycles at 1 C). In brief, this nanostructure design provides a viable approach for the future development of long-life and highly stable NASICON-type anode materials.
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