Constructing Oxygen Vacancy to Stable Anionic Redox Reaction for High Energy Sodium Battery

氧化还原 材料科学 异质结 阴极 氧化物 空位缺陷 氧气 密度泛函理论 化学工程 化学物理 物理化学 光电子学 计算化学 有机化学 结晶学 冶金 化学 工程类
作者
Tianzhen Ren,Lu‐Kang Zhao,Ziyu Mei,Hong Chen,Zhao-Meng Liu,Xuan‐Wen Gao,Qinfen Gu,Wen Luo
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (29) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/aenm.202501007
摘要

Abstract Constructing heterostructure for synergistic effect plays an indispensable role in enhancing the energy density and cycling stability of layered oxide for sodium‐ion batteries. However, the mechanisms of heterostructure formation and synergistic effects remain inadequately understood. In this study, the strategy of controlling oxygen vacancies is carried out based on Na 2 Mn 3 O 7 cathode material. The formation of oxygen vacancy can change the coordination environment of Mn and Na + occupancy between MnO 2 layers, which is a significant driving force for structure transitions. Furthermore, the ratio of lattice oxygen to vacancy oxygen (L O /V O ) demonstrates a distinct nonlinear relationship with the structural proportion in heterostructure materials, which can be used as a critical descriptor for evaluating the structural proportion. The obtained heterostructure with Na 2 Mn 3 O 7 (, 55 wt.%), P2‐Na 0.67 MnO 2 (P6 3 /mmc, 40 wt.%) and O′3‐NaMnO 2 (C/2 m, 5 wt.%) retains anionic redox characteristics, exhibits a high specific capacity of 245 mAh g −1 with an energy density of 596 Wh kg −1 . The formation of heterogeneous interfaces provides numerous Na + insertion/extraction sites and the presence of a minor amount of O′3‐NaMnO 2 effectively mitigates the Jahn‐Teller effect at low voltages, enhancing structural stability. This work offers new insights into the rational design and application of heterostructure layered oxide cathodes.
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