Ion Dynamics at the Intermediate Charging State of the Sodium Vanadium Fluorophosphate Cathode

材料科学 钠离子电池 离子 电化学 化学物理 阴极 密度泛函理论 离子键合 离子交换 快离子导体 无机化学 化学 物理化学 计算化学 电极 电解质 冶金 法拉第效率 有机化学
作者
Lina Gao,Guijie Li,Qinlong Chen,Tingyu Liu,He Tian,Jianhua Li,Linjun Wang,Xueqian Kong
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (19): 12468-12476 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c01831
摘要

Na super ionic conductor (NASICON)-type polyanionic vanadium fluorophosphate Na3V2O2(PO4)2F (NVOPF) is a promising cathode material for high-energy sodium-ion batteries. The dynamic diffusion and exchange of sodium ions in the lattice of NVOPF are crucial for its electrochemical performance. However, standard characterizations are mostly focused on the as-synthesized material without cycling, which is different from the actual battery operation conditions. In this work, we investigated the hopping processes of sodium in NVOPF at the intermediate charging state with 23Na solid-state nuclear magnetic resonance (ssNMR) and density functional theory (DFT) calculations. Our experimental characterizations revealed six distinct sodium coordination sites in the intermediate structure and determined the exchange rates among these sites at variable temperatures. The theoretical calculations showed that these dynamic processes correspond to different ion transport pathways in the crystalline lattice. Our combined experimental and theoretical study uncovered the underlying mechanisms of the ion transport in cycled NVOPF and these understandings may help the optimization of cathode materials for sodium-ion batteries.
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