Vanadyl Phosphates AxVOPO4 (A = Li, Na, K) as Multielectron Cathodes for Alkali‐Ion Batteries

材料科学 碱金属 离子 电解质 无机化学 阴极 氧化还原 扩散 亚稳态 物理化学 电极 化学 热力学 物理 有机化学 冶金
作者
Natasha A. Chernova,Marc Francis V. Hidalgo,Carol Kaplan,Krystal Lee,Isik Su Buyuker,Carrie Siu,Bohua Wen,Jia Ding,Mateusz Zuba,Kamila M. Wiaderek,Ieuan D. Seymour,Sylvia Britto,Louis F. J. Piper,Shyue Ping Ong,Karena W. Chapman,Clare P. Grey,M. Stanley Whittingham
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (47) 被引量:32
标识
DOI:10.1002/aenm.202002638
摘要

Abstract Vanadyl phosphates comprise a class of multielectron cathode materials capable of cycling two Li + , about 1.66 Na + , and some K + ions per redox center. In this review, structures, thermodynamic stabilities, and ion diffusion kinetics of various A x VOPO 4 (A = Li, Na, K, NH 4 ) polymorphs are discussed. Both the experimental data and first‐principle calculations indicate kinetic limitations for alkali metal ions cycling, especially between for 0 ≤ x ≤ 1, and metastability of phases with x > 1. This creates challenges for multiple‐ion cycling, as the slow kinetics call for nanosized particles, which being metastable and reactive with organic electrolytes are prone to side reactions. Thus, various synthesis approaches, surface coating, and transition metal ion substitution strategies are discussed here as possible ways to stabilize A x VOPO 4 structures and improve alkali metal ion diffusion. The role of advanced characterization techniques, such as X‐ray absorption spectroscopy, diffraction, pair distribution function analysis and 7 Li and 31 P NMR, in understanding the reaction mechanism from both structural and electronic points of view is emphasized.
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