A New High-Energy Cathode for a Na-Ion Battery with Ultrahigh Stability

化学 阴极 电池(电) 氧化还原 储能 插层(化学) 体积热力学 离子 扩散 纳米技术 无机化学 热力学 材料科学 物理化学 物理 功率(物理) 有机化学
作者
Young-Uk Park,Dong‐Hwa Seo,Hyung-Soon Kwon,Byoungkook Kim,Jongsoon Kim,Haegyeom Kim,I. P. Kim,Han‐Ill Yoo,Kisuk Kang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:135 (37): 13870-13878 被引量:427
标识
DOI:10.1021/ja406016j
摘要

Large-scale electric energy storage is a key enabler for the use of renewable energy. Recently, the room-temperature Na-ion battery has been rehighlighted as an alternative low-cost technology for this application. However, significant challenges such as energy density and long-term stability must be addressed. Herein, we introduce a novel cathode material, Na1.5VPO4.8F0.7, for Na-ion batteries. This new material provides an energy density of ~600 Wh kg(-1), the highest value among cathodes, originating from both the multielectron redox reaction (1.2 e(-) per formula unit) and the high potential (~3.8 V vs Na(+)/Na) of the tailored vanadium redox couple (V(3.8+)/V(5+)). Furthermore, an outstanding cycle life (~95% capacity retention for 100 cycles and ~84% for extended 500 cycles) could be achieved, which we attribute to the small volume change (2.9%) upon cycling, the smallest volume change among known Na intercalation cathodes. The open crystal framework with two-dimensional Na diffusional pathways leads to low activation barriers for Na diffusion, enabling excellent rate capability. We believe that this new material can bring the low-cost room-temperature Na-ion battery a step closer to a sustainable large-scale energy storage system.
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