Discovering high-efficiency cathode presodiation additives for Na-ion batteries via high-throughput screening

阴极 材料科学 非阻塞I/O 能量密度 同步加速器 化学工程 Boosting(机器学习) 纳米技术 容量损失 工作(物理) 电流密度 高能 储能 计算机科学 光电子学
作者
Di Wu,W W Yan,H Huang,Minfei Fei,Yì Wáng,Qian Qiu,Hao Chen,Wen Xu,Xiaoyan Lin,Tong Shen,Zhengyan Lun,J Yan,J ZHU
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (20): eaed4045-eaed4045
标识
DOI:10.1126/sciadv.aed4045
摘要

Presodiation represents a crucial strategy for compensating the capacity loss and boosting energy density in practical Na-ion batteries. Through high-throughput screening, we identify 52 promising candidates as potential presodiation additives. Experimental validation confirms that several screened compounds, including Na 4 FeO 4 (NFO), Na 4 TiO 4 , Na 5 FeO 4 , and Na 5 NiO 4 , exhibit high compensating capacities up to 537 milliampere-hours per gram (mAh g −1 ). Notably, NFO delivers an irreversible capacity of 451 mAh g −1 , and, critically, 94.5% of its capacity is delivered below 4 volts. The presodiation mechanism of NFO is comprehensively studied by multiscale investigations combining DFT, DEMS, and synchrotron XRD/XAS. Full-cell tests of NFO demonstrate its universal efficacy across diverse Na-ion cathode chemistry, exhibiting boosted energy density and cycle stability. In particular, the incorporation of NFO increases the initial discharge capacity of the O3-NFM full cell from 109.4 to 141.3 mAh g −1 , with 83% retention after 200 cycles. This work not only establishes several highly effective cathode presodiation additives but also provides a variety of promising candidates for future research avenues.
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