Local Electronic Structure Regulation Enabling Fluorophosphates Cathode with Improved Redox Potential and Reversible Capacity for Sodium-Ion Batteries

化学 氧化还原 阴极 离子 无机化学 化学工程 有机化学 物理化学 工程类
作者
Huiqin Huang,Yufan Xia,Youchen Hao,Haosheng Li,Muhammad Yousaf,Sikandar Iqbal,Hongge Pan,Yan Mi,Yinzhu Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (42): 28906-28913 被引量:48
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09379
摘要

Mn-based fluorophosphates have attracted much attention as cathodes for sodium-ion batteries owing to their high cost effectiveness, considerable capacity, and stable framework. However, the fascinating Mn3+/2+ redox couple suffers from inadequate activation due to the Mn-O covalent character and poor electronic conductivity, impeding its further applications. Herein, a local electronic structure regulation strategy is proposed to improve the Mn3+/2+ redox potential and reversible capacity simultaneously through introducing elements with low-energy 3d orbitals to expand the energy gap between the eg orbitals and Fermi energy of Na. Moreover, the 3d element substitution serves to narrow the band gap toward the improved intrinsic electronic conductivity. In comparison with pristine Na2Fe0.45Mn0.55PO4F, the as-prepared Na2Fe0.45Mn0.4V0.1PO4F cathode achieves an increase from 3.5 to 3.6 V in the high-voltage platform and an improvement in energy density from 330 to 361 Wh kg-1. This work inspires new ideas in adjusting the redox potential of polyanionic cathodes through deliberate regulation of the local electronic structure.
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