张淮浩Small：可公斤级制备的材料，助力5000次稳定储锂/钠！

五氧化二铌（Nb₂O₅）作为一种应变小、传输能垒低的离子嵌入材料，其有限的离子传输速率和电导率是限制其在锂/钠存储系统中应用的主要因素。

扬州大学张淮浩等采用工业级碳管作为离子传输通道并结合富含氮掺杂和空位缺陷的Nb₂O₅制备了微球材料（N-Nb₂O₅-x@CNTs）。

图1. 材料制备及表征

借助毛细管效应，碳纳米管可以使电解液快速渗透到微球中，从而缩短Li⁺/Na⁺传输路径。此外，碳纳米管还阻碍了电解液与Nb₂O₅的直接接触，抑制了不可逆反应。同时，氮掺杂和氧空位缺陷降低了Li⁺/Na⁺传输的能垒，提高了传输速率，密度泛函理论证明了这一点。最后，高导电性CNTs和来自缺陷的不成对电子也改善了Nb₂O₅的绝缘性能。

图2. 动力学研究

受益于上述优势，N-Nb₂O₅-x@CNTs在Li和Na半电池中的容量分别可以达到206.3和306.6 mAh g^-1，并且可以提供超过5000次稳定的循环。其组装的混合电容器还提供高能量密度和功率密度（Li-HSC：79.9 Wh kg^-1和20 kW kg^-1；Na-HSC：71.3 Wh kg^-1和12.5 kW kg^-1）。有趣的是，公斤级微球复合材料可以在实验室条件下使用工业级原材料生产，这意味着其在实际应用中的潜力。

图3. 长循环性能及作用示意

Multidefect N-Nb2O5-x@CNTs Incorporated into Capillary Transport Framework for Li+/Na+ Storage. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202201450