Na2+xTi6O13 comme matériau électrode négatif potentiel pour batteries sodium-ion

Les batteries sodium-ion constituent l'une des alternatives les plus prometteuses aux batteries lithium-ion en raison de l'abondance élevée et du faible coût du Na. Le caractère électropositif fortement marqué du Na permet des potentiels de cellule presque comparables. Ici, nous montrons qu'en abaissant la tension de coupure de 0,3 à 0 V vs Na/Na(+) la capacité du matériau d'électrode négatif Na2Ti6O13 peut être augmentée de 49,5 mAh/g (Na(2+1)Ti6O13) à un prometteur 196 mAh/g (Na(2+4)Ti6O13) pour au moins 10 cycles, après quoi elle diminue progressivement. Pour comprendre les changements structurels, une diffraction des rayons X in situ est effectuée et comparée aux calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité. Une image cohérente de l'évolution des paramètres de réseau et des positions des ions Na est présentée. Les résultats montrent que l'intercalation des ions Na dans la structure hôte Na(2+x)Ti6O13 est limitée à Na(2+2)Ti6O13 et se déroule par une réaction de solution solide. Seuls de petits changements des paramètres de réseau favorisent le fait que la réaction d'insertion est hautement réversible. L'augmentation supplémentaire de la composition en Na en dessous de 0,3 V semble entraîner une perte de cristallinité, ce qui, combiné à la formation d'interface d'électrolyte solide, est suggéré comme origine de la capacité réversible réduite progressivement.