Layered-columnar cathode materials for sodium-ion batteries

阴极 材料科学 离子 纳米技术 化学 冶金 有机化学 物理化学
作者
Xiaolin Zhao,Yi Li,Youwei Wang,Erhong Song,Ruguang Ma,Jianjun Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-60823-0
摘要

The advancement of cathode materials possessing high-rate capability and extended cycle life is crucial for the viability of large-scale energy storage in sodium-ion batteries. A layered-columnar material NaFe[O3PCH(OH)CO2] is designed with 2D grid-like channels for sodium ion migration. Operating on the Fe2+/Fe3+ redox reaction, NaFe[O3PCH(OH)CO2] exhibits a reversible specific capacity of 106.1 mAh g-1 after 50 cycles within the voltage range of 1.5-4.2 V, reaching 93.4% of the theoretical specific capacity. Experimental and theoretical investigations show that NaFe[O3PCH(OH)CO2] exhibits low-strain characteristics during discharge and charge processes. The presence of stable C-P covalent bonds between organic layers and inorganic columns ([FeO6] and [CPO3]) plays a pivotal role in achieving its long cycle life. Even under high current density of 240 mA g-1, it maintains satisfactory capacities, delivering 61.6 mAh g-1 after the 1000th cycles, indicating a capacity retention rate of 92.2% with only 0.0078% loss per cycle. This study indicates that layered-columnar structure design offers a viable strategy for the development of high-performance positive electrode material for sodium-ion batteries.
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