High Entropy Enabling the Reversible Redox Reaction of V4+/V5+ Couple in NASICON‐Type Sodium Ion Cathode

材料科学 快离子导体 离子 氧化还原 阴极 阳极 电化学 组态熵 过渡金属 分析化学(期刊) 物理化学 电解质 热力学 电极 化学 物理 催化作用 有机化学 冶金 生物化学 色谱法
作者
Meng Li,Chen Sun,Qing Ni,Zheng Sun,Yang Liu,Yang Li,Lei Li,Haibo Jin,Yongjie Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (12) 被引量:113
标识
DOI:10.1002/aenm.202203971
摘要

Abstract NASICON‐type Na 3 VM(PO 4 ) 3 (M: transition metals) cathodes usually suffer from poor cycling stability in the voltage region of above 4 V versus Na + /Na owing to irreversible phase transition and severe structural distortion. Herein, the high entropy concept is extended to NASICONs and Na 3 VAl 0.2 Cr 0.2 Fe 0.2 In 0.2 Ga 0.2 (PO 4 ) 3 (NVMP) with high purity is obtained. The NVMP achieves a highly reversible specific capacity of 102 mAh g −1 (2.5–4.4 V vs Na + /Na) via the successive redox reaction of V 3+ /V 4+ /V 5+ together with a long‐term lifespan of 5000 cycles at 20 C (a capacity retention of 86.8%). Even at an extreme temperature of −20 °C, the NVMP cathode can still provide excellent cycling performance (a capacity retention of 94.2% at 5 C after 1000 cycles). Moreover, the increased configurational entropy in the electrode renders a quite small cell volume change of 1.1%. The sodium ion storage mechanism containing solid solution‐type in the voltage range of 2.5–3.8 V and bi‐phasic in 3.8–4.4 V is revealed by ex situ XRD analysis. Pairing with a hard carbon anode, NVMP//HC cell offers a specific capacity of 81 mAh g −1 at 0.2 C based on the cathode mass. This high‐entropy engineering is expected to be widely applicable for the development of polyanionic electrode materials.
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