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鈉離子電池（SIBs）因其工作電壓高、環(huán)境友好和成本效益高等優(yōu)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(zhì)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(xiàn)非凡的容量和超長的循環(huán)壽命。

陳忠偉院士AEM：鈉離子電池實現(xiàn)5000次循環(huán)！

圖1. Nb₂O₅-x@MEC復合材料的合成過程示意圖

異質(zhì)結構納米反應器既通過形成O-Nb-C異質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(wěn)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(xiàn)了超過1.1 mAh cm^-2的良好面容量、出色的長期循環(huán)穩(wěn)定性（在20 A g^-1下的5000次循環(huán)中每圈容量衰減率低至 0.024%）以及在質(zhì)量負載超過8 mg cm^-2下的優(yōu)異電化學性能。

這項工作不僅將結構調(diào)控、缺陷工程和異質(zhì)界面設計的優(yōu)勢協(xié)同集成到納米反應器的制備中，以實現(xiàn)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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