Electrostatically Shielded Transportation Enabling Accelerated Na+ Diffusivity in High‐Performance Fluorophosphate Cathode for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 屏蔽电缆 阴极 离子 热扩散率 电磁屏蔽 复合材料 冶金 电气工程 热力学 量子力学 物理 工程类
作者
Jinjin Wang,Hongbo Jing,Xiaomei Wang,Yaqing Xue,Qinghua Liang,Weihong Qi,Hong Yu,Zhi Du
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202315318
摘要

Abstract A typical polyanionic based material Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 O 2 F (Na 3 VPO 2 F) attracts much interest as a cathode for large‐scale sodium‐ion batteries in consideration of its stable structure and remarkable energy density. Nevertheless, the large coulombic attraction and repulsion suffered by the mobile Na + from structural anions and surrounding Na + , respectively, result in a torpid reaction kinetics and inferior rate capability. Herein, Br − ‐doped and Na + vacancy preinstalled Na 3−y VPO 2−x Br x F is prepared to dilute the charges on and inside the Na + transportation tunnel. In virtue of density functional theory analysis, Na 3−y VPO 2−x Br x F reveals a reduction in the bandgap and an increase in electronic conductivity. Meanwhile, the almost electrostatically shielded tunnel in Na 3−y VPO 2−x Br x F alleviates the coulombic hindrance imposed on Na + during its (de)intercalation, which demonstrates a Na + diffusivity about five times higher than that of Na 3 VPO 2 F. Consequently, the Na 3−y VPO 2−x Br x F cathode shows a superior rate capacity of 77.7 mAh g −1 under 50 C and great cycling property corresponding to a high capacity retention of 94.4% over 800 cycles at 10 C. The assembled Na 3−y VPO 2−x Br x F//hard‐carbon sodium‐ion full‐cell presents excellent specific energy/power (226 Wh kg − 1 @15424.2 W kg −1 ) as well as outstanding long‐term cyclic stability over 1000 cycles at 5 C.
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