Triggering reversible V4+/V5+ redox couples in Na3V2(PO4)3 porous flower-like cathodes by Mg2+ substitution for high-performance Na-ion batteries

阴极 阳极 电化学 材料科学 介孔材料 化学工程 氧化还原 电导率 纳米结构 兴奋剂 电极 纳米技术 多孔性 化学 催化作用 复合材料 光电子学 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Shuting Zhao,Wentao Qi,Chao Yang,Rui Ling
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:595: 234076-234076 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234076
摘要

Na3V2(PO4)3 has received a lot of attention as a prospective cathode for sodium-ion batteries (SIBs) owing to its strong 3D wide-open architecture for Na+ transport. However, the practical application is still hampered by its poor electronic conductivity and weak Na+ diffusion kinetics. In this paper, a novel Mg2+-doped Na3V2(PO4)3 flower-like cathode (Na3+xV2-xMgx(PO4)3/C, x = 0, 0.02, 0.04, 0.06) with abundant mesoporous has been synthesized by a convenient template-assisted sol-gel method. Mg2+ doping successfully triggers V4+/V5+ reversible redox with improved voltage plateau and reversible capacity. The hierarchical mesoporous structure combined with carbon layers is beneficial to the fast transport of Na+ and e−, which guarantee improved kinetic properties and enhanced conductivity. Attributed to these competitive advantages, significantly improved electrochemical properties of Na3.04V1.96Mg0.04(PO4)3/C (NVMP-4) are acquired, including extremely high specific capacity (123.8 mAh g−1 at 1C), excellent rate performance (73.8 mAh·g−1 at 100C) and exceptionally stable energy output with 89.1 % capacity retention after 3000 cycles at 20C. Additionally, when assembled with a hard carbon anode (HC), NVMP-4||HC provides an exceptional energy density of 216.9 Wh kg−1 at 0.2C. By enhancing nanostructure and rational surface engineering, this project offers fresh perspectives for creating superior electrodes, increasing the energy density of SIBs.
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