Substitution of Sr into the Na Layer Elevates the High Voltage Stability of O3‐Type NaCrO2 as Sodium‐Ion Battery Cathode

离子 阴极 图层(电子) 高钠 材料科学 电池(电) 替代(逻辑) 化学 物理 纳米技术 计算机科学 冶金 功率(物理) 热力学 物理化学 程序设计语言 有机化学
作者
Gwangeon Oh,Yunjae Oh,Shivam Kansara,Heesung Shin,Hyokyeong Kang,Tae‐Hoon Kim,Dominic Bresser,Jang‐Yeon Hwang
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:6 (6) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/sstr.202400561
摘要

Herein, the substitution strategy of Sr 2+ into Na sites is proposed and its important role in improving the high‐voltage stability of O3‐type NaCrO 2 cathode (O3‐NCO) for high‐energy sodium‐ion batteries (SIBs) is systematically analyzed. Sr 2+ possesses similar physicochemical characteristics to that of Na + ; hence, Sr 2+ can preferentially occupy the NaO 6 octahedral sites in O3‐NCO, with one Sr 2+ ion replacing two Na + ions. The introduction of Sr 2+ generates sodium vacancies in the Na + layer to compensate for charge neutrality, which facilitates the Na + diffusion kinetics. Additionally, Sr 2+ exhibits electrochemical inactivity and strongly interacts with O 2− ions, which triggers the smooth atomic rearrangement related to the sequential phase transformation of O3‐NCO at high charging potentials. For the charge–discharge process in a wide operating voltage window (1.5–3.8 V vs. Na/Na + ), the optimal substitution level of 4 mol% substantially suppresses the extent of irreversible phase transition of O3‐NCO; as a result, compared to O3‐NCO, the O3‐type Na 0.92 Sr 0.04 CrO 2 (O3‐NS4CO) cathode demonstrates the superior discharge capacity with stable Coulombic efficiency, long‐term cycling stability, and advanced power capability. Furthermore, O3‐NS4CO demonstrates excellent practical applicability in pouch‐type full cells constructed using a hard carbon anode.
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