Unlocking the Inaccessible Energy Density of Sodium Vanadium Fluorophosphate Electrode Materials by Transition Metal Mixing

过渡金属 电化学 材料科学 分析化学(期刊) 无机化学 化学 电极 物理化学 冶金 催化作用 生物化学 色谱法
作者
Stephanie C. C. van der Lubbe,Ziliang Wang,D.-K. Lee,Pieremanuele Canepa
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (13): 5116-5126 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00745
摘要

Sodium (Na) vanadium (V) fluorophosphate $\mathrm{Na_xV_2(PO_4)_2F_3}$ (NVPF) is a highly attractive intercalation electrode material due to its high operation voltage, large capacity, and long cycle life. However, several issues limit the full utilization of NVPF's energy density: 1) the high voltage plateau associated with extracting the "third" Na ion in the reaction N$_1$VPF $\rightarrow$ VPF (~4.9 V vs Na/Na$^+$) appears above the electrochemical stability window of most practical electrolytes (~4.5 V); 2) a sudden drop in Na-ion diffusivity is observed near composition $\mathrm{Na_1V_2(PO_4)_2F_3}$. Therefore, it is important to investigate the potential substitution of V by other transition metals in NVPF derivatives, which can access the extraction of the third Na-ion. In this work, we investigate the partial substitution of V with molybdenum (Mo), niobium (Nb), or tungsten (W) in NVPF to improve its energy density. We examine the structural and electrochemical behaviors of $\mathrm{Na_xV_{2-y}Mo_y(PO_4)_2F_3}$, $\mathrm{Na_xV_{2-y}Nb_y(PO_4)_2F_3}$, and $\mathrm{Na_xW_{2}(PO_4)_2F_3}$ across the whole Na composition region of 0 $\leq$ x $\leq$ 4, and at various transition metal substitution levels, namely, y=0.5, 1.0, 1.5, 2.0 for Mo, and y=1.0, 2.0 for Nb. We find that partial substitution of 50% V by Mo in NVPF reduces the voltage plateau for extracting the third Na ion by 0.6 Volts, which enables further Na extraction from $\mathrm{Na_1Mo_{2}(PO_4)_2F_3}$ and increases the theoretical gravimetric capacity from ~128 to ~174 mAh/g. Analysis of the migration barriers for Na-ions in $\mathrm{Na_xVMo(PO_4)_2F_3}$ unveils improved kinetic properties over NVPF. The proposed $\mathrm{Na_xVMo(PO_4)_2F_3}$ material provides an optimal gravimetric energy density of ~577.3 Wh/kg versus ~507 Wh/kg for the pristine NVPF, which amounts to an increase of ~13.9%.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
ErenJaeger完成签到 ,获得积分10
刚刚
今后应助翔96采纳,获得10
刚刚
DAJI发布了新的文献求助10
刚刚
hey,一条完成签到,获得积分10
刚刚
天天快乐应助熊熊熊采纳,获得10
1秒前
柠檬完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
嗤嗤完成签到,获得积分10
3秒前
健壮凡桃发布了新的文献求助10
4秒前
研友_8KA32n完成签到,获得积分20
4秒前
xh_wzy@163.com完成签到,获得积分10
4秒前
DY应助小白采纳,获得20
4秒前
赖向珊发布了新的文献求助10
5秒前
完美世界应助新星采纳,获得10
5秒前
vkingda发布了新的文献求助10
7秒前
小木棉完成签到 ,获得积分10
7秒前
8秒前
8秒前
ric发布了新的文献求助100
9秒前
林非鹿发布了新的文献求助30
11秒前
你好不好完成签到,获得积分20
12秒前
翔96发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
14秒前
vkingda完成签到,获得积分10
15秒前
DullElm发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
静雯发布了新的文献求助20
17秒前
英姑应助大白不白采纳,获得10
17秒前
LZY发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
19秒前
21秒前
共享精神应助魏佳阁采纳,获得10
21秒前
21秒前
22秒前
22秒前
22秒前
23秒前
高分求助中
Sustainable Land Management: Strategies to Cope with the Marginalisation of Agriculture 1000
Corrosion and Oxygen Control 600
Python Programming for Linguistics and Digital Humanities: Applications for Text-Focused Fields 500
Love and Friendship in the Western Tradition: From Plato to Postmodernity 500
Johann Gottlieb Fichte: Die späten wissenschaftlichen Vorlesungen / IV,1: ›Transzendentale Logik I (1812)‹ 400
The role of families in providing long term care to the frail and chronically ill elderly living in the community 380
Zwischen Selbstbestimmung und Selbstbehauptung 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2559735
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2182199
关于积分的说明 5632215
捐赠科研通 1903762
什么是DOI,文献DOI怎么找? 951334
版权声明 565875
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 505436