Controlled Oxygen Redox for Excellent Power Capability in Layered Sodium‐Based Compounds

氧化还原 氧气 材料科学 阴极 电极 电子转移 无机化学 光化学 化学 物理化学 有机化学 冶金
作者
Hee Jae Kim,Aishuak Konarov,Jae Hyeon Jo,Ji Ung Choi,Kyuwook Ihm,Han‐Koo Lee,Jongsoon Kim,Seung‐Taek Myung
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (32) 被引量:77
标识
DOI:10.1002/aenm.201901181
摘要

Abstract A high‐rate of oxygen redox assisted by cobalt in layered sodium‐based compounds is achieved. The rationally designed Na 0.6 [Mg 0.2 Mn 0.6 Co 0.2 ]O 2 exhibits outstanding electrode performance, delivering a discharge capacity of 214 mAh g −1 (26 mA g −1 ) with capacity retention of 87% after 100 cycles. High rate performance is also achieved at 7C (1.82 A g −1 ) with a capacity of 107 mAh g −1 . Surprisingly, the Na 0.6 [Mg 0.2 Mn 0.6 Co 0.2 ]O 2 compound is able to deliver capacity for 1000 cycles at 5C (at 1.3 A g −1 ), retaining 72% of its initial capacity of 108 mAh g −1 . X‐ray absorption spectroscopy analysis of the O K‐edge indicates the oxygen‐redox species (O 2−/1− ) is active during cycling. First‐principles calculations show that the addition of Co reduces the bandgap energy from ≈2.65 to ≈0.61 eV and that overlapping of the Co 3d and O 2p orbitals facilitates facile electron transfer, enabling the long‐term reversibility of the oxygen redox, even at high rates. To the best of the authors' knowledge, this is the first report on high‐rate oxygen redox in sodium‐based cathode materials, and it is believed that the findings will open a new pathway for the use of oxygen‐redox‐based materials for sodium‐ion batteries.
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