昆士兰科技大学ACS Nano：通过氧空位和铋替代实现三维快速钠离子传输

层状钛酸钠（NTO）是用于先进钠离子电池（SIBs）最有前景的负极材料之一，它具有高理论容量且没有严重的安全问题。然而，由于晶体内沿低能垒八面体层的主要二维Na离子传输通道，原始NTO电极具有不利的Na⁺传输动力学，这阻碍了此类潜在材料的实际应用。

澳大利亚昆士兰科技大学Jun Mei、Ziqi Sun等人提出了一种结合氧空位生成和阳离子取代的组合策略，通过该策略，NTO 框架的层间距被扩展以构建3D快速Na离子传输通道，从而促进Na⁺的传输和存储，并提高SIBs的性能。

实验显示，氧缺陷和铋取代的HBNTO (Bi_xNa_2-xTi₃O_y, 0 < x < 2, 0 < y < 7, HBNTO) 表现出明显增强的可逆容量（在20 mAh g^-1下与NTO相比提高了~145%）、倍率性能（500 mAh g^-1下与NTO相比提高了约200%）和循环稳定性（20 mAh g^-1下与NTO相比，在150次循环后保持容量提高了约210%）。

图1 材料的形态和结构特征

分子动力学模拟和理论计算表明，HBNTO的性能增强是由倍增的钠扩散途径和随着3D内部离子传输通道的成功打开而增加的离子迁移率所贡献的。这项工作证明了这些策略在打开3D晶间离子传输通道以提高SIBs电化学性能方面的有效性。

图2 电化学性能和动力学分析

Three-Dimensional Fast Na-Ion Transport in Sodium Titanate Nanoarchitectures via Engineering of Oxygen Vacancies and Bismuth Substitution. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04479

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