A Configuration Entropy Enabled High‐Performance Polyanionic Cathode for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 离子 电化学 快离子导体 阴极 氧化还原 化学工程 电极 纳米技术 电解质 物理化学 冶金 有机化学 化学 工程类
作者
Meng Li,Chen Sun,X.L. Yuan,Yang Li,Yifei Yuan,Haibo Jin,Jun Lü,Yongjie Zhao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (21) 被引量:79
标识
DOI:10.1002/adfm.202314019
摘要

Abstract Polyanionic sodium ion cathodes have attracted lots of concern because of their excellent structural stability. However, the low specific capacity is still a pressing issue hampering their practical application. In this work, a medium‐entropy NASICON‐structure cathode Na 3.5 V 0.5 Mn 0.5 Fe 0.5 Ti 0.5 (PO 4 ) 3 (Me‐NVMP) is proposed. The Me‐NVMP achieves a highly reversible specific capacity of 165.8 mAh g −1 (1.8–4.4 V vs Na + /Na) at 0.1 C via the stepwise redox reactions of Ti 3+ /Ti 4+ ‐Fe 2+ /Fe 3+ , V 3+ /V 4+ ‐Mn 2+ /Mn 3+ , and V 4+ /V 5+ ‐Mn 3+ /Mn 4+ . More impressively, the Me‐NVMP yields super rate capability and cycling stability via the regulation of configuration entropy in NASICON. Specifically, the Me‐NVMP cathode can preserve a capacity retention of 83.5% after 10,000 cycles at 100 C (17 A g −1 ). Furthermore, excellent cycling performance even at the temperature of 0 °C (capacity retention of 93.45% at 20 C after 1000 cycles) is also demonstrated. In situ X‐ray diffraction analysis reveals that the enhanced performance can be mainly attributed to the solid–solution‐type Na + storage behavior in Me‐NVMP. Moreover, issues such as Jahn‐Teller distortion of Mn 3+ and irreversible structural change at high voltage (>4.0 V vs Na + /Na) are effectively mitigated. This work inspires a new strategy to design high‐performance polyanionic electrode materials.
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