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具有剪切ReO₃晶體結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰儲能負極材料因其固有的安全性和大容量而引起了廣泛的關注。然而，它們通常受到倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性和溫度適應性的限制，其根源在于其層間間距不足。

圖1. NaNb₁₃O₃₃的物理-化學特性

復旦大學車仁超、青島大學林春富、內(nèi)蒙古大學武利民等開發(fā)了一種微米級鈮酸鈉（NaNb₁₃O₃₃）顆粒作為新型負極材料，其在已知的剪切ReO₃型鈮酸鹽中擁有最大的層間間距。研究發(fā)現(xiàn)，NaNb₁₃O₃₃的大層間間距使得Li⁺的擴散速度加快快，顯著地促進了其卓越的倍率性能，2500與125 mA g^-1電流密度下的容量百分比為63.2%。

此外，其大的層間間距增加了鋰化過程中的體積容納能力，允許小的單位電池體積變化（最大6.02%），這有助于其出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在2500 mA g^-1的情況下經(jīng)過5000次循環(huán)，其容量保持率達到87.9%。這種循環(huán)穩(wěn)定性是鈮酸鹽微米級顆粒研究領域中最好的，可與”零應變”的Li₄Ti₅O₁₂相當。

圖2. 與溫度有關的電化學特性

另外，即使在-10℃的低溫下，它仍表現(xiàn)出優(yōu)越的倍率性能，1250與125 mA g^-1電流密度下的容量百分比為65.6%，甚至更好的循環(huán)穩(wěn)定性，在1250 mA g^-1下經(jīng)過5000次循環(huán)后容量保持率為105.4%。毫無疑問，這些全面良好的電化學性能結(jié)果為NaNb₁₃O₃₃在高性能Li⁺存儲中的實際應用鋪平了道路。

圖3. 氧化還原機制和電化學動力學研究

Sodium Niobate with a Large Interlayer Spacing: A Fast-Charging, Long-Life, and Low-Temperature Friendly Lithium-Storage Material. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202300583

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