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       層狀堿金屬鈦酸鹽材料由于其良好的安全性和低成本而被認(rèn)為是鈉離子電池極具吸引力的陽極。然而，實際運用時面臨著低電導(dǎo)率和Na⁺插層和脫層過程中不可避免的體積變化等重大挑戰(zhàn)，這通常很難通過單一的改性方法來克服。在此，開發(fā)了一種協(xié)同增強(qiáng)策略，通過同時氫化和碳涂層來提高Na₂Ti₂O₅納米線陣列陽極的電化學(xué)性能。氫化導(dǎo)致鈦部分還原；它與導(dǎo)電碳層一起賦予Na₂Ti₂O₅快速傳輸電子的性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由此產(chǎn)生的H-Na₂Ti₂O₅@C陽極在鈉離子半電池中表現(xiàn)出增強(qiáng)的倍率能力（8.0C，165mAh·g^-1）和高達(dá)1000次的穩(wěn)定循環(huán)性能（不含碳的H-Na₂Ti₂O₅的性能在僅100次循環(huán)后急劇下降）。此外，還設(shè)計了一種新型耦合全電池，采用石墨烯雜化高壓Na₃(VO_0.5)₂(PO₄)₂F₂作為陰極，能夠提供212.1Wh·kg^-1的高比能量密度（基于陽極和陰極的質(zhì)量）和良好的速率和循環(huán)穩(wěn)定性。這項工作可能為先進(jìn)電化學(xué)儲能裝置的電極材料的協(xié)同優(yōu)化提供靈感。
  圖1. a H-Na₂Ti₂O₅@C和b Na₃(VO_0.5)₂(PO₄)₂F₂@G的合成原理圖。
 
圖2. H-Na₂Ti₂O₅@C的 a光學(xué)圖像，b SEM圖像，c TEM圖像，d HRTEM圖像和e Na, Ti, O, C元素映射。
 
圖3. A-Na₂Ti₂O₅，H-Na₂Ti₂O₅和H-Na₂Ti₂O₅@C的（a）XRD圖譜，（b）XPS測量譜和（c）高分辨率Ti 2p XPS譜。
  圖4. （a）不同電流密度下的比容量和（b）不同水熱時間下H-Na₂Ti₂O₅的充放電曲線；（c） A-Na₂Ti₂O₅和（d） H-Na₂Ti₂O₅在不同電流密度下的充放電曲線。
  圖5. H-Na₂Ti₂O₅和H-Na₂Ti₂O₅@C在（a）不同掃描速率下的CV曲線，（b）前5個循環(huán)的充放電曲線，（c）速率性能和（d）3.2C時的循環(huán)性能。
  圖6. Na₃(VO_0.5)₂(PO₄)₂F₂@G的（a）SEM圖像和（b）元素映射，（c）掃描速率相關(guān)的CV曲線，（d） CV曲線電流峰值(I_p = av^b)得到的b-值(斜率)，（e）速率性能，（f） 1.0C時初始3個循環(huán)的典型充放電曲線，（g）循環(huán)性能。
      圖7. H-Na₂Ti₂O₅@C//Na₃(VO_0.5)₂(PO₄)₂F₂@G全電池的電化學(xué)性能:（a）Na₃(VO_0.5)₂(PO₄)₂F₂@G和H-Na₂Ti₂O₅@C半電池的CV曲線及SIB示意圖(插圖);（b）不同電流密度下的充放電曲線;（c）倍率性能和循環(huán)性能;（d）重力能量密度與功率密度的Ragone圖。

       相關(guān)研究成果由華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院YuanYuan Li和鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、低碳環(huán)保材料智能設(shè)計國際聯(lián)合研究中心JinPing Liu等人于2022年發(fā)表在RARE METALS (https://doi.org/10.1007/s12598-022-02082-2)上。原文：Synergistically enhancing cycleability and rate performance of sodium titanate nanowire anode via hydrogenation and carbon coating for advanced sodium ion batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號