Medium‐Entropy Regulation Enables Phase‐Stable Layered Oxide Cathodes with Reversible Anionic Redox for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 氧化还原 氧化物 电化学 相变 氧气 化学工程 空位缺陷 格子(音乐) 电磁屏蔽 化学物理 无机化学 相(物质) 析氧 纳米技术 兴奋剂 合理设计 X射线吸收光谱法 吸收光谱法 过渡金属 吸收(声学)
作者
Chen Cheng,Zengqing Zhuo,Qianjie Niu,Weidong Xu,Zheng Zhou,Tong Chen,Cheng Yuan,Lei Wang,Pan Zeng,Haiyan Hu,Jinghua Guo,Yao Xiao,Liang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (10): e21118-e21118 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202521118
摘要

ABSTRACT Layered transition‐metal (TM) oxides with anionic redox reactions are promising cathode candidates for sodium‐ion batteries because of their high theoretical capacity and cost effectiveness, but they still suffer from severe P‐to‐O phase transition, irreversible TM migration, and lattice oxygen release. Herein, we report a strategy of rational entropy regulation for circumventing these multiple issues by systematically investigating layered TM oxide cathodes with low‐, medium‐, and high‐entropy configurations. It reveals that compared with the counterparts, the medium‐entropy cathode not only mitigates the lattice strain by accommodating the changes of local interactions conferred by entropy‐driven stabilization within the TMO 2 slabs, but also facilitates the appropriate facet exposure to maintain sufficient interlayer Na + shielding within the single NaO 2 slab, together delaying the P‐to‐O phase transition onset and suppressing the neighboring O‐type stacking. Therefore, this moderate medium‐entropy configuration enables reversible dynamic TM migration, benefiting from the robust phase stability, as revealed by in situ high‐energy‐resolution fluorescence‐detected X‐ray absorption spectroscopy results, which further minimizes oxygen vacancy formation and inhibits irreversible oxygen release. As a result, enhanced electrochemical performances with a long‐enduring reversible anionic redox activity are achieved. Our work underscores the critical role of rational entropy regulation for achieving high‐performance layered TM oxide cathodes.
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