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Accelerating Electrochemical Responses of Na4VMn(PO4)3 via Bulk‐Defects and Architecture Engineering for High‐Performance Sodium‐Ion Batteries

电化学 材料科学 密度泛函理论 离子 结构稳定性 纳米片 纳米线 电极 纳米技术 化学工程 化学物理 化学 计算化学 物理化学 工程类 有机化学 结构工程
作者
Jingwen Zhao,Bo Zou,Weitao Yan,Shijia Li,Shijia Li,Wentao Wu,Weihua Wang,Shiyu Li,Shiyu Li,Ying Bai
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (21): e2415331-e2415331 被引量:10
标识
DOI:10.1002/advs.202415331
摘要

Abstract Manganese‐based NASICON‐type Na 4 VMn(PO 4 ) 3 (NVMP) has captured widespread attention in sodium‐ion batteries (SIBs) due to its abundant reserves and high operating voltages. However, the low intrinsic conductivity and detrimental Jahn–teller (J–T) effect impedes its electron and ion transfer, leading to rapid structural degradation and capacity decay. Herein, a facile multiscale coupling strategy is proposed to synthesize the nanosheet‐stacked rods (NVMP‐NSRs) with rational defects for improving intrinsic conductivity and structural stability, thus accelerating electrochemical responses. Localized unsaturated coordination states around vanadium atoms in NVMP‐NSRs are also regulated, further facilitating rapid Na + diffusion with relieved volume expansion due to the unique architecture design. Density functional theory (DFT) calculations reveal highly rearranged interfacial charges, yielding benefits for reducing the energy barriers of Na + migration. The innovative NVMP‐NSRs with appropriate bulk defects exhibit considerable discharge capacity (120.1 mAh g −1 at 0.5C), high‐rate performance (70.9 mAh g −1 at 30C), and negligible capacity decay (3000 cycles at 20C). Moreover, the assembled NVMP‐NSRs//hard carbon full cells demonstrate a high energy density of 391.1 Wh kg −1 with excellent cyclic stability (91.2% after 100 cycles at 1C). The multiscale coupling strategy in this work offers new avenues to design high‐performance electrode materials toward fast electrochemical responses and robust structural stability.
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