Oxygen redox activity with small voltage hysteresis in Na0.67Cu0.28Mn0.72O2 for sodium-ion batteries

材料科学 磁滞 氧气 氧化还原 离子 电压 无机化学 电气工程 凝聚态物理 有机化学 冶金 化学 工程类 物理
作者
Wei Zheng,Qiong Liu,Zhenyu Wang,Zhiliang Wu,Shuai Gu,Lujie Cao,Kaili Zhang,Jan Fransaer,Zhouguang Lu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:28: 300-306 被引量:143
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.03.016
摘要

Although Li/Na layered oxides that display oxygen redox activity are promising cathodes with attractive energy density, they suffer from large voltage hysteresis and evolution of O2. In this work, a layered Na0.67Cu0.28Mn0.72O2 cathode is reported that has reversible lattice oxygen redox activity with small voltage hysteresis. This compound provides a highly reversible capacity of 104 ​mAh g-1 with a smooth voltage profile originating from both cationic and anionic redox reactions. Density functional theory calculations show that the nonbonding O 2p states along the Cu–O bonds promote the oxygen redox activity. In-situ X-ray powder diffraction patterns and Raman spectra show that the small voltage hysteresis during electrochemical cycling is rooted in the absence of phase transitions and the stable oxygen stacking sequence. These findings may provide new insight into the anionic redox activity and offer a new strategy to design cathodes with high energy density and structural stability.
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