Double-Layered Perovskite Oxyfluoride Cathodes with High Capacity Involving O–O Bond Formation for Fluoride-Ion Batteries

氟化物 化学 插层(化学) 阴极 电化学 钙钛矿(结构) 无机化学 锂(药物) 离子 电极 物理化学 结晶学 医学 有机化学 内分泌学
作者
Hidenori Miki,Kentaro Yamamoto,Hiroyuki Nakaki,Takahiro Yoshinari,Koji Nakanishi,Shinji Nakanishi,Hideki Iba,Jun Miyawaki,Yoshihisa Harada,Akihide Kuwabara,Yanchang Wang,Toshiki Watanabe,Toshiyuki Matsunaga,Kazuhiko Maeda,Hiroshi Kageyama,Yoshiharu Uchimoto
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (6): 3844-3853 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10871
摘要

Developing electrochemical high-energy storage systems is of crucial importance toward a green and sustainable energy supply. A promising candidate is fluoride-ion batteries (FIBs), which can deliver a much higher volumetric energy density than lithium-ion batteries. However, typical metal fluoride cathodes with conversion-type reactions cause a low-rate capability. Recently, layered perovskite oxides and oxyfluorides, such as LaSrMnO4 and Sr3Fe2O5F2, have been reported to exhibit relatively high rate performance and cycle stability compared to typical metal fluoride cathodes with conversion-type reactions, but their discharge capacities (∼118 mA h/g) are lower than those of typical cathodes used in lithium-ion batteries. Here, we show that double-layered perovskite oxyfluoride La1.2Sr1.8Mn2O7-δF2 exhibits (de) intercalation of two fluoride ions to rock-salt slabs and further (de) intercalation of excess fluoride ions to the perovskite layer, leading to a reversible capacity of 200 mA h/g. The additional fluoride-ion intercalation leads to the formation of O-O bond in the structure for charge compensation (i.e., anion redox). These results highlight the layered perovskite oxyfluorides as a new class of active materials for the construction of high-performance FIBs.
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