Na2+xTi6O13을 나트륨 이온 배터리의 잠재적 음극 재료로서

나트륨 이온 배터리는 나트륨의 높은 풍부함과 낮은 비용 때문에 리튬 이온 배터리를 위한 가장 유망한 대안 중 하나입니다. 나트륨의 강한 전기 양성 특성은 거의 비슷한 셀 전압을 가능하게 합니다. 여기에서는 Na/Na(+) 대비 컷오프 전압을 0.3에서 0 V로 낮춤으로써 Na2Ti6O13 음극 재료의 용량을 49.5 mAh/g (Na(2+1)Ti6O13)에서 최소 10 사이클 동안 유망한 196 mAh/g (Na(2+4)Ti6O13)으로 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 이후 용량은 점차 감소합니다. 구조적인 변화를 이해하기 위해 현장 X선 회절을 수행하고 밀도 함수 이론 계산과 비교합니다. 격자 매개변수와 나트륨 이온 위치의 진화에 대한 일관된 그림이 제시됩니다. 결과는 Na(2+x)Ti6O13 호스트 구조에서의 나트륨 이온 삽입이 Na(2+2)Ti6O13에 제한되어 있으며, 고체 용액 반응을 통해 진행된다는 것을 보여줍니다. 격자 매개변수의 작은 변화만으로도 삽입 반응이 매우 가역적임을 촉진합니다. Na 조성을 0.3 V 이하로 더욱 증가시키는 것은 결정성을 잃는 것으로 나타나며, 고체 전해질 계면 형성과 결합되어 점차 감소하는 가역 용량의 원인으로 제안됩니다.