Symmetric Sodium-Ion Battery Based on Dual-Electron Reactions of NASICON-Structured Na3MnTi(PO4)3 Material

材料科学 阳极 电池(电) 法拉第效率 阴极 电解质 钠离子电池 氧化还原 离子 快离子导体 储能 电极 化学工程 物理化学 热力学 化学 有机化学 功率(物理) 物理 冶金 工程类
作者
Yu Zhou,Xiji Shao,Kwok Ho Lam,You Zheng,Lingzhi Zhao,Kedong Wang,Jinzhu Zhao,Fuming Chen,Xianhua Hou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (27): 30328-30335 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acsami.0c05784
摘要

Symmetric sodium-ion batteries possess promising features such as low cost, easy manufacturing process, and facile recycling post-process, which are suitable for the application of large-scale stationary energy storage. Herein, we proposed a symmetric sodium-ion battery based on dual-electron reactions of a NASICON-structured Na3MnTi(PO4)3 material. The Na3MnTi(PO4)3 electrode can deliver a stable capacity of up to 160 mAh g–1 with a Coulombic efficiency of 97% at 0.1 C by utilizing the redox reactions of Ti3+/4+, Mn2+/3+, and Mn3+/4+. This is the first time to investigate the symmetric sodium-ion full cell using Na3MnTi(PO4)3 as both cathode and anode in the organic electrolyte, demonstrating excellent reversibility and cycling performance with voltage plateaus of about 1.4 and 1.9 V. The full cell exhibits a reversible capacity of 75 mAh g–1 at 0.1 C and an energy density of 52 Wh kg–1. In addition, both ex situ X-ray diffraction (XRD) analysis and first-principles calculations are employed to investigate the sodiation mechanism and structural evolution. The current research provides a feasible strategy for the symmetric sodium-ion batteries to achieve high energy density.

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