Uncovering the Nonequilibrium Evolution Mechanism between Na2+2δFe2−δ(SO4)3 Cathode and Impurities in the Na2SO4‐FeSO4·7H2O Binary System for High‐Voltage Sodium‐Ion Batteries

阴极 杂质 电化学 材料科学 分析化学(期刊) 电导率 水溶液 离子 纳米技术 化学工程 物理化学 化学 电极 冶金 色谱法 有机化学 工程类
作者
Wei Yang,Qi Liu,Qiang Yang,Xinyu Zhang,Zhuolin Yang,Daobin Mu,Li Li,Renjie Chen,Feng Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (46): e2405982-e2405982 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202405982
摘要

Abstract Sodium‐ion batteries are increasingly recognized as ideal for large‐scale energy storage applications. Alluaudite Na 2+2 δ Fe 2− δ (SO 4 ) 3 has become one of the focused cathode materials in this field. However, previous studies employing aqueous‐solution synthesis often overlooked the formation mechanism of the impurity phase. In this study, the nonequilibrium evolution mechanism between Na 2+2 δ Fe 2− δ (SO 4 ) 3 and impurities by adjusting ratios of the Na 2 SO 4 /FeSO 4 ·7H 2 O in the binary system is investigated. Then an optimal ratio of 0.765 with reduced impurity content is confirmed. Compared to the poor electrochemical performance of the Na 2.6 Fe 1.7 (SO 4 ) 3 (0.765) cathode, the optimized Na 2.6 Fe 1.7 (SO 4 ) 3 @CNTs (0.765@CNTs) cathode, with improved electronic and ionic conductivity, demonstrates an impressive discharge specific capacity of 93.8 mAh g −1 at 0.1 C and a high‐rate capacity of 67.84 mAh g −1 at 20 C, maintaining capacity retention of 71.1% after 3000 cycles at 10 C. The Na 2.6 Fe 1.7 (SO 4 ) 3 @CNTs//HC full cell reaches an unprecedented working potential of 3.71 V at 0.1 C, and a remarkable mass‐energy density exceeding 320 Wh kg −1 . This work not only provides comprehensive guidance for synthesizing high‐voltage Na 2+2 δ Fe 2− δ (SO 4 ) 3 cathode materials with controllable impurity content but also lays the groundwork of sodium‐ion batteries for large‐scale energy storage applications.
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