Aluminum ion chemistry of Na4Fe3(PO4)2(P2O7) for all-climate full Na-ion battery

离子 微型多孔材料 电化学 空位缺陷 化学 阴极 价(化学) 电池(电) 材料科学 化学物理 纳米技术 结晶学 物理化学 电极 热力学 有机化学 功率(物理) 物理
作者
Jinqiang Gao,Jingyao Zeng,Weishun Jian,Yu Mei,Lianshan Ni,Haoji Wang,Kai Wang,Xinyu Hu,Wentao Deng,Guoqiang Zou,Hongshuai Hou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:69 (6): 772-783 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.scib.2024.01.026
摘要

Na4Fe3(PO4)2(P2O7) (NFPP) is currently drawing increased attention as a sodium-ion batteries (SIBs) cathode due to the cost-effective and NASICON-type structure features. Owing to the sluggish electron and Na+ conductivities, however, its real implementation is impeded by the grievous capacity decay and inferior rate capability. Herein, multivalent cation substituted microporous Na3.9Fe2.9Al0.1(PO4)2(P2O7) (NFAPP) with wide operation-temperature is elaborately designed through regulating structure/interface coupled electron/ion transport. Greatly, the derived Na vacancy and charge rearrangement induced by trivalent Al3+ substitution lower the ions diffusion barriers, thereby endowing faster electron transport and Na+ mobility. More importantly, the existing Al—O—P bonds strengthen the local environment and alleviate the volume vibration during (de)sodiation, enabling highly reversible valence variation and structural evolution. As a result, remarkable cyclability (over 10,000 loops), ultrafast rate capability (200 C), and exceptional all-climate stability (−40–60 °C) in half/full cells are demonstrated. Given this, the rational work might provide an actionable strategy to promote the electrochemical property of NFPP, thus unveiling the great application prospect of sodium iron mixed phosphate materials.
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