Constructing Multi‐Electron Reactions by Doping Mn2+ to Increase Capacity and Stability in K3.2V2.8Mn0.2(PO4)4/C of Phosphate Cathodes for Potassium‐Ion Batteries

阴极 电化学 阳极 材料科学 分析化学(期刊) 电导率 兴奋剂 电极 化学 物理化学 冶金 光电子学 色谱法
作者
Shengmei Wang,Shuangsheng Xiong,Zheng Li,Yueqi Zhao,Xiwen Tao,Faming Gao,Yuan Gao,Li Hou
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (46) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202308628
摘要

Abstract Vanadium‐based phosphate cathode materials (e.g., K 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) have attracted widespread concentration in cathode materials in potassium‐ion batteries owing to their stable structure but suffer from low capacity and poor conductivity. In this work, an element doping strategy is applied to promote its electrochemical performance so that K 3.2 V 2.8 Mn 0.2 (PO 4 ) 4 /C is prepared via a simple sol‐gel method. The heterovalent Mn 2+ is introduced to stimulated multiple electron reactions to improve conductivity and capacity, as well as interlayer spacing. Galvanostatic intermittent titration technique (GITT) and in situ X‐ray diffraction results further confirm that Mn‐doping in the original electrode can obtain superior electrode process kinetics and structural stability. The prepared K 3.2 V 2.8 Mn 0.2 (PO 4 ) 4 /C exhibits a high‐capacity retention of 80.8% after 1 500 cycles at 2 C and an impressive rate capability, with discharge capacities of 87.6 at 0.2 C and 45.4 mA h g −1 at 5 C, which is superior to the majority of reported vanadium‐based phosphate cathode materials. When coupled K 3.2 V 2.8 Mn 0.2 (PO 4 ) 4 /C cathode with commercial porous carbon (PC) anode as the full cell, a prominent energy density of 175 Wh kg −1 is achieved based on the total active mass. Overall, this study provides an effective strategy for meliorating the cycling stability and capacity of the polyanion cathodes for KIB.
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