Synergy of Ion Doping and Spiral Array Architecture on Ti2Nb10O29: A New Way to Achieve High‐Power Electrodes

材料科学 阳极 功率密度 电极 兴奋剂 石墨烯 纳米技术 光电子学 功率(物理) 化学 物理 量子力学 物理化学
作者
Shengjue Deng,He Zhu,Bo Liu,Liang Yang,Xiuli Wang,Shenghui Shen,Yan Zhang,Jiaao Wang,Changzhi Ai,Yang Ren,Qi Liu,Shiwei Lin,Yangfan Lu,Guoxiang Pan,Jianbo Wu,Xinhui Xia,J.P. Tu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (25) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/adfm.202002665
摘要

Abstract Ameliorating electronic/ionic transport and structural stability of electrode materials is important to the development of power‐intensive lithium ion batteries. Despite its great potential as a high‐power anode, titanium niobium oxide (Ti 2 Nb 10 O 29 , TNO) still underperforms due to its unsatisfactory electronic/ionic conductivity. In this work, a powerful synergistic strategy by combining ion doping and spiral array architecture to boost high‐rate performance of TNO is reported. Cr 3+ doped TNO nanoparticles (Cr‐TNO) of 5–10 nm intimately grow on a conductive vertical graphene@TiC‐C (VGTC) skeleton, forming novel Cr‐TNO@VGTC spiral arrays. The unique spiral growth of TNO is achieved due to the confinement effect of VGTC skeleton. Meanwhile, a more open TNO crystal structure with faster ion transfer paths and enhanced structural stability is realized by Cr 3+ doping, demonstrated via density functional theory calculation and in situ synchrotron X‐ray diffraction technique. Benefiting from the superior conductive network, enhanced intrinsic electronic/ionic conductivity of Cr‐TNO and reinforced structural stability, the Cr‐TNO@VTC arrays show prominent high‐power performance with a large capacity of 220 mAh g −1 at 40 C (power density of ≈11 kW kg −1 ) and superior durability (91% retention after 500 cycles). This work provides a new path for the construction of widespread high‐power electrodes for fast energy storage.
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