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Freestanding Sodium Vanadate/Carbon Nanotube Composite Cathodes with Excellent Structural Stability and High Rate Capability for Sodium-Ion Batteries

材料科学 复合数 碳纳米管 阴极 化学工程 纳米管 循环伏安法 纳米技术 纳米棒 复合材料 电极 电化学 冶金 物理化学 化学 工程类
作者
Sahar Osman,Shiyong Zuo,Xijun Xu,Jiadong Shen,Jun Liu,Fangkun Li,Peihang Li,Xinyi Wang,Jun Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (1): 816-826 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acsami.0c21328
摘要

Sodium vanadate NaV6O15 (NVO) is one of the most promising cathode materials for sodium-ion batteries because of its low cost and high theoretical capacity. Nevertheless, NVO suffers from fast capacity fading and poor rate capability. Herein, a novel free-standing NVO/multiwalled carbon nanotube (MWCNT) composite film cathode was synthesized and designed by a simple hydrothermal method followed by a dispersion technique with high safety and low cost. The kinetics analysis based on cyclic voltammetry measurements reveals that the intimate integration of the MWCNT 3D porous conductive network with the 3D pillaring tunnel structure of NVO nanorods enhances the Na+ intercalation pseudocapacitive behavior, thus leading to exceptional rate capability and long lifespan. Furthermore, the NVO/MWCNT composite exhibits excellent structural stability during the charge/discharge process. With these benefits, the composite delivers a high discharge capacity of 217.2 mA h g–1 at 0.1 A g–1 in a potential region of 1.5–4.0 V. It demonstrates a superior rate capability of 123.7 mA h g–1 at 10 A g–1. More encouragingly, it displays long lifespan; impressively, 96% of the initial capacity is retained at 5 A g–1 for over 500 cycles. Our work presents a promising strategy for developing electrode materials with a high rate capability and a long cycle life.
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