ナトリウムとカリウムイオンの保管のための高度なバインダーのないアノードとして、炭素繊維布で栽培された窒化バナジウムナノ粒子

持続可能な高性能エネルギー貯蔵システムに対するエスカレート需要は、リチウムイオン電池の代替バッテリー技術の調査につながりました。ナトリウムイオン電池（SIB）およびカリウムイオン電池（PIB）は、リチウムイオン電池と同様の化学物質が豊富なNA/Kリソース、安価なコスト、および同様の化学物質のために有望な候補として浮上しています。ただし、大規模なイオン半径、動力学の鈍化、深刻なボリューム拡張などの固有の課題により、SIBとPIBの堅牢で効率的なアノード材料の開発が必要です。窒化バナジウムは、電子伝導率と潜在能力が高いため、実行可能なアノードとして注目を集めています。この研究では、炭素繊維布（VN/CFC）に直接成長した窒化バナジウムナノ粒子を合成することにより、バインダーのないアノードを作成するSIBとPIBの柔軟な電極について報告します。このアノードのユニークなアーキテクチャとバインダーのない性質により、堅牢な電極電解質界面が確保され、その電子/イオン輸送速度が強化されます。結果は、材料が、SIBSに対して2 A-1の現在の密度で1000サイクルを経験した後、227 MAH G-1の優れた固有の排出能力を示すことを示しています。電気化学分析は、材料の優れた性能が、炭素繊維布の結合されない構造と表面の疑似能力寄与の高速速度に起因することを示しました。さらに、この材料は、PIBであっても印象的なパフォーマンスを実証し続けており、現在の1 A G-1の密度で1000サイクル後に125 MAH G-1の特定の放電容量があります。この研究は、ナトリウムとカリウムイオンの保管のための高度なバインダーのないアノードを設計および開発するための新しい視点を提供し、高性能エネルギー貯蔵アプリケーションへの道を開いています。

The escalating demand for sustainable and high-performance energy storage systems has led to the exploration of alternative battery technologies for lithium-ion batteries. Sodium-ion batteries (SIBs) and potassium-ion batteries (PIBs) have emerged as promising candidates because of their abundant Na/K resources, inexpensive costs, and similar chemistries to lithium-ion batteries. However, inherent challenges, such as large ionic radii, sluggish kinetics, and serious volume expansion, necessitate the development of robust and efficient anode materials for SIBs and PIBs. Vanadium nitride has attracted increasing attention as a viable anode due to its high electronic conductivity and potential capacity. In this study, we report on a flexible electrode for SIBs and PIBs that creates binder-free anodes by synthesizing vanadium nitride nanoparticles grown directly on carbon fiber cloths (VN/CFC). The unique architecture and binder-free nature of this anode ensure a robust electrode-electrolyte interface and enhance its electron/ion transport kinetics. The results demonstrate that the material exhibits an outstanding specific discharge capacity of 227 mAh g-1 after undergoing 1000 cycles at a current density of 2 A g-1 for SIBs. An electrochemical analysis indicated that the excellent performance of the material is attributed to the bind-free structure of carbon fiber cloth and the fast kinetics of surface pseudo-capacitive contribution. Furthermore, the material continues to demonstrate an impressive performance, even for PIBs, with a specific discharge capacity of 125 mAh g-1 after 1000 cycles at a current density of 1 A g-1. This study provides a new perspective for designing and developing advanced binder-free anodes for the storage of sodium and potassium ions, paving the way for high-performance energy storage applications.