Boosting Na + Storage and Thermal Stability of Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 via High-Entropy Engineering

材料科学 阴极 热稳定性 化学工程 热失控 电极 热传导 氧化还原 压实 纳米技术 热导率 化学物理 热的 电导率 再分配(选举) 电化学 储能 熵(时间箭头) 导电体 电阻率和电导率 膜 产量(工程) 结构稳定性 Boosting(机器学习) 电子传输链 应变工程 制作 数码产品 原位 电阻式触摸屏
作者
Hao Wang,Zhizhen Zhang,Youqi Chu,Anjie Lai,Shaowei Kang,Guoli Xu,Fan Peng,Wenwu Li,Meilin Liu,Chenghao Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (49): 41824-41835 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c15785
摘要

Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 (NFPP) possesses a stable NASICON-type framework and a suitable redox potential, making it attractive as a sodium-ion battery cathode. Yet, its utility is limited by poor electronic conductivity and sluggish Na + diffusion. Here, we design a high-entropy Na 4 Fe 2.75 Mn 0.05 Mg 0.05 Cr 0.05 Cu 0.05 Al 0.05 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 (HE-NFPP) synthesized through spray drying and sintering. HE-NFPP achieves a compaction density of 2.34 g/cm 3 under 300 MPa, rivaling that of LiFePO 4 . The high-entropy incorporation of Mn, Mg, Cr, Cu, and Al enables enhanced electron transitions and improved intrinsic conductivity. Simultaneously, the creation of wide, interconnected 3D Na + channels significantly reduces migration barriers, accelerating transport and electrode kinetics. In situ optical fiber thermometry reveals suppressed heat evolution, leading to enhanced thermal stability, uniform reaction processes, and safer operation. Additionally, the redistribution of the local electrostatic field minimizes cation repulsion and mechanical strain during Na + (de)intercalation, ensuring structural robustness. These synergistic effects yield excellent rate capability and cycling durability, underscoring the potential of entropy engineering as a versatile strategy to optimize polyanionic cathodes for next-generation sodium-ion batteries.
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