Hybridization of Layered Titanium Oxides and Covalent Organic Nanosheets into Hollow Spheres for High-Performance Sodium-Ion Batteries with Boosted Electrical/Ionic Conductivity and Ultralong Cycle Life

材料科学 阳极 离子键合 化学工程 电化学 离子电导率 氧化钛 氧化物 离子液体 电导率 电阻率和电导率 离子 纳米技术 无机化学 电极 化学 有机化学 电解质 冶金 物理化学 电气工程 工程类 催化作用
作者
Minseop Lee,Min‐Sung Kim,Jae‐Min Oh,Jin Kuen Park,Seung‐Min Paek
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 3019-3036 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c11699
摘要

While development of a sodium-ion battery (SIB) cathode has been approached by various routes, research on compatible anodes for advanced SIB systems has not been sufficiently addressed. The anode materials based on titanium oxide typically show low electrical performances in SIB systems primarily due to their low electrical/ionic conductivity. Thus, in this work, layered titanium oxides were hybridized with covalent organic nanosheets (CONs), which exhibited excellent electrical conductivity, to be used as anodes in SIBs. Moreover, to enlarge the accessible areas for sodium ions, the morphology of the hybrid was formulated in the form of a hollow sphere (HS), leading to the highly enhanced ionic conductivity. This synthesis method was based on the expectation of synergetic effects since titanium oxide provides direct electrostatic sodiation sites that shield organic components and CON supports high electrical and ionic conductivity with polarizable sodiation sites. Therefore, the hybrid shows enhanced and stable electrochemical performances as an anode for up to 2600 charge/discharge cycles compared to the HS without CONs. Furthermore, the best reversible capacities obtained from the hybrid were 426.2 and 108.5 mAh/g at current densities of 100 and 6000 mA/g, which are noteworthy results for the TiO2-based material.
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