Simultaneous modification of Na-rich and Ca2+/Ni2+ dual-substitution boosting superior electrochemical performance of Na3V2(PO4)3

材料科学 电化学 兴奋剂 离子半径 碳纳米管 插层(化学) 晶体结构 电解质 电导率 价(化学) 离子 化学工程 纳米技术 电极 结晶学 无机化学 物理化学 光电子学 工程类 物理 量子力学 化学
作者
Shuming Zhang,Tao Zhou,Yanjun Chen
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:44: 101613-101613
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101613
摘要

The lower intrinsic electronic conductivity of Na3V2(PO4)3(NVP) has seriously limited its further development. Herein, Ca2+/Ni2+ co-doped and carbon nanotubes (CNTs)-coated Na3+x+0.04V1.96-xCa0.04Nix(PO4)3/C@CNTs (CaNi0.07@CNTs) system is presented. Both Ca2+ and Ni2+ are substituted for V3+, triggering charge compensation and producing p-type doping effect, generating abundant hole carriers to improve electronic conductivity. Furthermore, the ionic radius of Ca2+ is significantly larger than that of V3+, so introduction of Ca2+ can support NVP crystal structure and improve the stability. Furthermore, the introduction of Ca2+ can increase the lattice spacing, thus expanding the transport channels for sodium ions. The introduction of Ni2+ reduces the resistance suffered during charge transport and optimizes the chemical properties. Meanwhile, due to low valence of Ca2+ and Ni2+, more Na+ are designed to be introduce to NVP system for charge balance. The Na-rich strategy induces excess active Na+ participating in the de-intercalation process to supply more reversible capacities. Furthermore, the CNTs wrapped around the active grains serves to buffer deformation of the crystal and to establish a conductive network connecting the particles. The after cycling XRD/SEM/XPS further confirms the improved crystal stability of CaNi0.07@CNTs. Comprehensively, CaNi0.07@CNTs possesses superior sodium storage in half and full cells.
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