NaO 6 Octahedron‐Engineered Sodium Iron Sulfate Cathodes for High‐Rate and Sustainable Sodium‐Ion Batteries

阴极 化学 化学工程 材料科学 硫酸盐 冶金 环境科学 废物管理 工艺工程 无机化学 硫酸钠
作者
Yi-Xiang Wang,Bochao Chen,Wenbo Zhou,Zhiyuan Xu,Linyang Wu,Changjie Kan,Mao Guo,Boyuan Li,Long Shang,Shuandi Hou,Haile Cai,Hui Li,Kai Zhang,Zhenhua Yan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (24): e8606538-e8606538 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.8606538
摘要

ABSTRACT The alluaudite‐type sulfate Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 (NFS) has attracted considerable interest as the cathodes for sodium‐ion batteries (SIBs) due to its low cost and high operating voltage. However, it is plagued by sluggish Na + transport kinetics and irreversible lattice distortion arising from Fe 3+ migration. Herein, NaO 6 units have been incorporating into NFS to form a sodium‐rich site‐type sodium iron sulfate (Na 6.4 [Fe 5.5 Na 0.6 ](SO 4 ) 9 ), in which Na + substitution at Fe sites induces intrinsic Na + occupation of structurally unstable Fe sites, effectively suppressing Fe migration. Meanwhile, the enlarged Fe–Fe spacing within [Fe 2 O 10 ] dimers mitigates repulsion‐driven Fe migration, synergistically enhancing lattice stability. Furthermore, enhanced oxygen ionicity in NaO 6 units elongates the rate‐determining Na─O bond, thus enhancing the Na + migration kinetics. As a result, the Na 6.4 [Fe 5.5 Na 0.6 ](SO 4 ) 9 cathode achieves an impressive rate performance (100.2 and 75.2 mA h g −1 at 0.1 and 20C, respectively), with 98.2% capacity retention after 2000 cycles at 20 C. Moreover, the corresponding pouch cells stably operate for 500 cycles with 80.9% capacity retention. Rather than simply increasing Na occupancy at pre‐existing Na sites, this sodium‐rich site strategy introduces new Na sites at specific lattice positions, providing a viable design paradigm for advancing low‐cost polyanionic Na‐storage materials.
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