Engineering hierarchical structure and surface of Na4MnV(PO4)3 for ultrafast sodium storage by a scalable ball milling approach

材料科学 电化学 阴极 化学工程 球磨机 纳米技术 氧化还原 阳极 储能 电极 电导率 纳米复合材料 复合材料 冶金 量子力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学
作者
Lin Zhu,Jun Zhang,Lixuan Yang,Kexin Zhou,Yan Wang,Dan Sun,Yougen Tang,Haiyan Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:99: 107396-107396 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107396
摘要

Polyanion-type Na4MnV(PO4)3 (NMVP) is attracting increasing attention as a cathode material for Na-ion batteries (NIBs) due to its high redox potential and crystal structure stability, while it is still suffering from poor intrinsic conductivity. Herein, to address such issue, a unique hierarchical bayberry-like NMVP@NC material, in which the ultra-small primary nanoparticles are embedded in N-doped carbon conductive network, is fabricated by a scalable ball milling approach. The optimum NMVP@NC electrode exhibits a high reversible capacity of 103.5 mAh g−1 at 0.5 C and maintains a desirable capacity of 82.4 mAh g−1 even at an ultrahigh rate of 100 C. After 1000 cycles at 5 C, a capacity retention ratio of 94.4% is achieved. The underlying electrochemical Na storage mechanism verified by the kinetic analysis and operando X-ray diffraction characterization reveals that the superior electrochemical performance should be attributed to the hierarchical structure with a facile ion/electron diffusion pathway and excellent interfacial compatibility. Moreover, a solid-solution and biphasic reaction mechanism for Na storage is confirmed in NMVP. Further demonstration of commercial soft carbon//NMVP@NC full cell manifests the good potential of as-prepared material for practical applications. Therefore, the NMVP@NC with rational architecture design is a considerable competitive cathode for the commercialization of NIB.
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