Enabling Multielectron Reaction of Polyanionic Cathodes Toward High‐Energy Calcium Rechargeable Batteries

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作者
Renjie Li,Youngsu Lee,Zizheng Song,Siyuan Ma,Yuyang Yi,Huijun Lin,Yingkai Hua,Pengyan Jiang,Feiyang Chen,Jingya Yu,Xiangjun Pu,Zibin Chen,K.C. Chan,Kyu‐Young Park,Zheng‐Long Xu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (41): e06603-e06603 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202506603
摘要

Polyanionic cathode materials with robust structural stability and large Ca2+ diffusion channels have aroused great interest in propelling the development of calcium-ion batteries (CIBs). However, polyanionic cathodes usually exhibit single-electron transfer per unit, rendering limited specific capacity and energy densities. Herein, a new polyanionic CaxNaV1.5Cr0.5(PO4)3 (0 ≤ x ≤ 1.4) cathode is proposed for high-capacity and ultra-stable CIBs by unlocking 1.87-electron transfer per vanadium redox center during Ca ion insertion. The CaxNaV1.5Cr0.5(PO4)3 cathode delivers a reversible calcium storage capacity of 162 mAh g-1 at an average voltage of ≈2.5 V at 10 mA g-1, featuring a record-high energy density of ≈400 Wh kg-1. The low volume changes (∆V = 1.8%) and fast diffusion kinetics indicate excellent cycling stability of CaxNaV1.5Cr0.5(PO4)3 with capacity retentions of 98.2% and 80.8% over 600 and 5000 cycles, respectively. In Ca metal full cells made from a Ca metal anode and a compatible electrolyte, the CaxNaV1.5Cr0.5(PO4)3 presents a high energy density of 318 Wh kg-1 over 50 cycles, which rivals the state-of-the-art CIB performance. This work sheds new light on the electrochemically activated multielectron redox reactions of polyanionic cathode materials for sustainable CIBs.
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