High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate

储能 电解质 阴极 材料科学 化学工程 化学 电池(电) 锂(药物) 氧化还原 离子 电极 无机化学 功率(物理) 有机化学 热力学 物理 工程类 物理化学 内分泌学 医学
作者
Minah Lee,Jihyun Hong,Jeffrey Lopez,Yongming Sun,Dawei Feng,Kipil Lim,William C. Chueh,Michael F. Toney,Yi Cui,Zhenan Bao
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:2 (11): 861-868 被引量:454
标识
DOI:10.1038/s41560-017-0014-y
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) for grid-scale applications need active materials that combine a high energy density with sustainability. Given the high theoretical specific capacity 501 mAh g−1, and Earth abundance of disodium rhodizonate (Na2C6O6), it is one of the most promising cathodes for SIBs. However, substantially lower reversible capacities have been obtained compared with the theoretical value and the understanding of this discrepancy has been limited. Here, we reveal that irreversible phase transformation of Na2C6O6 during cycling is the origin of the deteriorating redox activity of Na2C6O6. The active-particle size and electrolyte conditions were identified as key factors to decrease the activation barrier of the phase transformation during desodiation. On the basis of this understanding, we achieved four-sodium storage in a Na2C6O6 electrode with a reversible capacity of 484 mAh g−1, an energy density of 726 Wh kg−1 cathode, an energy efficiency above 87% and a good cycle retention. Sodium-ion batteries are a cost-effective alternative to lithium-ion for large-scale energy storage. Here Bao et al. develop a cathode based on biomass-derived ionic crystals that enables a four-sodium ion storage mechanism leading to exceptionally high specific capacity and energy density.
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