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鈉離子電池（SIBs）因其工作電壓高、環境友好和成本效益高等優勢而備受關注。然而，負極材料的固有缺陷（如導電性差、動力學緩慢和體積變化大）阻礙了它們的實際應用。

加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士等設計了一種包含O-Nb-C異質界面和氧空位的Nb₂O₅@碳納米反應器(Nb₂O₅-x@MEC)作為負極材料以推動SIBs實現非凡的容量和超長的循環壽命。

陳忠偉院士AEM：鈉離子電池實現5000次循環！

圖1. Nb₂O₅-x@MEC復合材料的合成過程示意圖

異質結構納米反應器既通過形成O-Nb-C異質界面有效地固定了有缺陷的 Nb₂O₅，又提供了具有所需含量的Nb₂O₅的均勻分散，以防止它們的團聚。

此外，該框架還實現了廣闊的活性界面、有利的電解液滲透和結構良好的離子-電子傳輸通道，從而改善了鈉離子的儲存并增強了氧化還原反應動力學?？臻g限制、缺陷注入和異質界面設計帶來的增強使復合材料具有高度可逆的鈉化-脫鈉過程和顯著的結構穩定性。

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圖2. Na⁺儲存動力學

由于這些特性，Nb₂O_5-x@MEC-30%復合材料實現了超過1.1 mAh cm^-2的良好面容量、出色的長期循環穩定性（在20 A g^-1下的5000次循環中每圈容量衰減率低至 0.024%）以及在質量負載超過8 mg cm^-2下的優異電化學性能。

這項工作不僅將結構調控、缺陷工程和異質界面設計的優勢協同集成到納米反應器的制備中，以實現高效的SIBs，而且在下一代實際可行的儲能設備中具有巨大潛力。

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圖3. Nb₂O₅-x@MEC的電化學性能

Integrating Nanoreactor with O–Nb–C Heterointerface Design and Defects Engineering Toward High-Efficiency and Longevous Sodium Ion Battery. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103716

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