Ti-Doped Na3V2(PO4)3 Activates Additional Ti3+/Ti4+ and V4+/V5+ Redox Pairs for Superior Sodium Ion Storage

阴极 电极 兴奋剂 氧化还原 材料科学 扩散 电导率 分析化学(期刊) 结晶学 化学 物理化学 光电子学 物理 色谱法 热力学 冶金
作者
Haiyang Ding,Xin He,Qingdong Tao,Jinhan Teng,Jing Li
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (5): 4132-4142 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c00242
摘要

Na3V2(PO4)3 (NVP) is considered as a potential cathode material for next-generation sodium ion batteries (SIBs) because of its open Na+ diffusion channels and high operating voltage. In this paper, we design a Na3V1.9Ti0.1(PO4)3/C (Ti0.1-NVP/C) composite as a cathode for SIBs. Using Ti4+ to replace V3+ can not only stabilize the crystal structure of NVP, but also generate Na vacancies to promote Na+ diffusion and improve the intrinsic electronic conductivity of NVP. Meanwhile, the coated carbon layer provides a surface channel for the electron transport of NVP. More importantly, Ti-doped NVP activates additional Ti3+/Ti4+ and V4+/V5+ redox pairs. The synergistic effect of the two redox pairs makes the capacity of the Ti0.1-NVP/C electrode (123.3 mAh g–1 at 0.1 C) higher than the theoretical specific capacity of NVP. Ti0.1-NVP/C cathode also exhibits excellent rate capability (89.5 mAh g–1 at 30 C) and long cycle performance (retention of 62.3% at 20 C after 8000 cycles). Furthermore, the symmetric full cell of the Ti0.1-NVP/C electrode exhibits superior competitiveness. The reaction mechanism of the Ti0.1-NVP/C electrode is elucidated by ex-situ XRD and GITT measurements.
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