A Mn-based ternary NASICON-type Na3.5MnTi0.5Cr0.5(PO4)3/C cathode for high-performance sodium-ion batteries

快离子导体 材料科学 阴极 电化学 化学工程 三元运算 电解质 普鲁士蓝 钠离子电池 电极 无机化学 物理化学 化学 工程类 程序设计语言 法拉第效率 计算机科学
作者
Ning Jiang,Cheng Yang,Yichao Wang,Xinyu Wang,Jiahe Liu,Yu Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:63: 102978-102978 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102978
摘要

The Mn-based Natrium superionic conductor (NASICON)-type materials are promising cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) due to their environmental friendliness and cost-effectiveness. However, the practical application of Mn-based materials is hindered by their poor cycle performance, arising from intrinsic kinetic limitation and negative structural degradation caused byMn. Herein, a Mn-based ternary NASICON-type Na3.5MnTi0.5Cr0.5(PO4)3/C (NMTCP-50) is designed featuring multi-metal synergy with enhanced effect from each component, which contributes to breaking through the bottleneck of inferior cycle performance for Mn-based NASICON-type materials. The results of ex-situ X-ray diffraction corroborate that both solid-solution and bi-phase electrochemical reactions are involved in the sodiation/desodiation processes, and the volume variation is only 2.55 %. Galvanostatic intermittent titration technique tests and density functional theory calculations further demonstrate the fast reaction kinetics of the NMTCP-50 electrode. NMTCP-50 can deliver an excellent cycling durability of 75 % after 5000 cycles at 2 A g−1 and a high reversible capacity of 137.6 mAh g−1. The availability of NMTCP-50 has been evaluated by a full cell assembled with hard carbon. This work offers theoretical support for understanding the multi-metal synergistic effect in NASICON materials and provides a blueprint for designing low-cost NASICON cathodes.
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