具有高能量密度的柔性獨立式正極一直是可穿戴鈉離子電池(SIBs)面臨的挑戰?;诖耍?strong>西安大略大學/西安理工大學孫學良院士、西安理工大學李喜飛教授等人報道了通過制備Na5V12O32納米帶(NVO-NBs)異質結,提高鈉離子動力學特性來解決該問題。優化后的NVO-NBs異質結具有優異的倍率性能(在0.2 C時為213 mAh g-1,在10 C時為100 mAh g-1)和超長循環穩定性(在5 C下3000次循環95.4%)。
通過DFT計算,作者研究了NVO-rGO異質結的界面相互作用,證明了界面V的Mulliken電荷對界面V的構建具有改善屬性。首先,作者揭示了Na+在異質界面上的擴散特性,NVO-rGO和NVO樣品的完美擴散路徑。在NVO中,路徑1和路徑2的能壘分別為0.46和0.45 eV。NVO-rGO異質結中與V-O-C界面通路相關的擴散能壘分別為0.30和0.31 eV,遠低于NVO的0.46 eV。
特別是,在NVO-rGO界面上可以形成更可行的途徑,表明擴散動力學顯著增強,Na+擴散路徑更快。即,Na+在V-O-C界面中是有利的。
能帶結構和態密度(DOS)表明,對比原始NVO,帶隙減小到0.01 eV。隨著V-O-C的引入,可減小帶隙,進一步提高導電性。帶隙逐漸消失并轉變為導體性質,NVO-rGO異質結的能帶結構通過電子轉移成功跨越費米能級,從而提高了電子導電性。
結果表明,NVO-rGO異質結在提高整體電子和離子電導率方面具有重要意義。通過設計吸引的V-O-C界面,NVO-rGO的鈉離子吸附能遠低于NVO,表明其更有利于鈉離子的吸附,提高鈉的存儲容量。
V-O-C Bonding of Heterointerface Boosting Kinetics of Free-Standing Na5V12O32 Cathode for Ultralong Lifespan Sodium-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater, 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202303211.
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