Investigating the structure, electronic properties, and ion migration of Na3V2(PO4)3 cathodes via mono/multi-element doping of Cr, Fe, and Si

兴奋剂 材料科学 阴极 掺杂剂 电导率 电化学 钒 杂质 离子 电子结构 电极 无机化学 分析化学(期刊) 光电子学 物理化学 化学 计算化学 冶金 有机化学 色谱法
作者
Meng Gao,Haiyuan Chen,Xiaobin Niu
出处
期刊:Solid State Ionics [Elsevier BV]
卷期号:406: 116456-116456 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ssi.2024.116456
摘要

Na3V2(PO4)3 (NVP) has received extensive attention as a cathode material for Na-ion batteries (SIBs), but the low electronic conductivity limits its practical electrochemical performance. Elemental doping is an effective way to optimize the conductivity of NVP electrodes. Meanwhile, purifying vanadium requires removing Si, Cr, and Fe impurities that can be directly utilized as effective dopants at low cost. Herein, steered via first-principles calculation, we comprehensively investigate the structure, electronic properties, and Na ion diffusion behavior of Si, Cr, and Fe mono/multi-doped NVPs. The results show that Si doping effectively promotes the electrochemical reaction of V for higher electronic conductivity. Fe doping generates new electronic energy levels in the band gap of NVP, improving the electrode reaction and reducing the migration barrier of Na ions. Notably, Cr doping can greatly reduce the migration barrier of Na ions. Moreover, multi-element doping of Si, Cr, and Fe exhibits a synergistic effect of the individual doping elements. Our work can inspire searching for cost-effective multi-component cathode materials for NIBs.
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