Unlocking the Sodium Storage Potential in Fluorophosphate Cathodes: Electrostatic Interaction Lowering Versus Structural Disordering

材料科学 阴极 热扩散率 兴奋剂 电化学 钠离子电池 离子 化学物理 纳米技术 物理化学 热力学 电极 化学 光电子学 冶金 物理 有机化学 法拉第效率
作者
Hong Yu,Hongbo Jing,Yan Gao,Xiaomei Wang,Zhen‐Yi Gu,Liansheng Li,Jinjin Wang,Siyu Wang,Xing‐Long Wu,Weihong Qi,Qinghua Liang,Cheng‐Feng Du
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202400229
摘要

Abstract Electrostatic interaction and Na + ‐ordering are identified as two possible kinetic constraints in determining the Na + diffusivity in Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 O 2 F (NVPOF), a representative polyanionic‐based cathode material for sodium‐ion batteries. As both factors are compositionally related and intertwined, isolating individual factors to pinpoint the dominant one is essential yet challenging for achieving the full electrochemical potential of NVPOF. Herein, NVPOF doped with Zn 2+ or Mg 2+ is developed to study the relative influence of the electrostatic interaction and structural disordering on the Na + diffusivity and thus Na + storage performance. The crystal structural analysis and theoretical modeling reveal that a limited amount (0.6 at% of Na) of Zn 2+ doped at the Na‐site with Na‐vacancies created, while a ten‐fold higher Mg 2+ doped at both the Na‐ and V‐site, which introduces additional Na + for charge compensation. As a result, compared to the Zn 2+ doped counterpart, the Mg 2+ doped NVPOF cathode shows a Na + diffusivity up to 3 times higher even encountering larger repulsive forces, and a much enhanced Na + storage property. This work demonstrates the superiority of regulating the degree of order in the framework to address the defect formation energy of NVPOF, which is realized via doping and can be extendable to other polyanionic‐based cathode materials.
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