Defect engineering on BiFeO3 through Na and V codoping for aqueous Na-ion capacitors

材料科学 电容器 电化学 离子 兴奋剂 电子顺磁共振 光电子学 电极 化学 核磁共振 电气工程 物理化学 电压 物理 工程类 有机化学
作者
Wenyun Wang,Chao Yang,Shangjing Yu,Daotong Han,Wentao Qi,Rui Ling,Guangqiang Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:90: 453-463 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.11.002
摘要

Sodium with low cost and high abundance is considered as a substitute element of lithium for batteries and supercapacitors, which need the appropriate host materials to accommodate the relatively large Na+ ions. Compared to Li+ storage, Na+ storage makes higher demands on the structural optimization of perovskite bismuth ferrite (BiFeO3). We propose a novel strategy of defect engineering on BiFeO3 through Na and V codoping for high-efficiency Na+ storage, to reveal the roles of oxygen vacancies and V ions played in the enhanced electrochemical energy storage performances of Na-ion capacitors. The formation of the oxygen vacancies in the Na and V codoped BiFeO3 (denoted as NV-BFO), is promoted by Na doping and suppressed by V doping, which can be demonstrated by XPS and EPR spectra. By the first-principles calculations, the oxygen vacancies and V ions in NV-BFO are confirmed to substantially lower the Na+ migration energy barriers through the space and electric field effects, to effectively promote the Na+ transport in the crystals. Electrochemical kinetic analysis of the NV-BFO//NV-BFO capacitors indicates the dominant capacitive-controlled capacity, which depends on fast Na+ deintercalation-intercalation process in the NV-BFO electrode. The NV-BFO//NV-BFO capacitors open up a new avenue for developing high-performance Na-ion capacitors.
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