Simultaneous modified Na2.9V1.9Zr0.1(PO4)3/C@rGO as a superior high rate and ultralong lifespan cathode for symmetric sodium ion batteries

阴极 电化学 材料科学 离子电导率 化学工程 纳米片 离子键合 电解质 离子 纳米技术 化学 电极 工程类 物理化学 有机化学
作者
Yanjun Chen,Jinrong Cheng,Chao Wang,Zhenfeng He,Yanzhong Wang,Dan Li,Li Guo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:413: 127451-127451 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.127451
摘要

Na3V2(PO4)3(NVP), a promising cathode candidate for sodium ion batteries (SIBs), is restricted by the poor intrinsic conductivity and sever volumetric shrinkage. Herein, we report a feasible dual strategy to optimize the crystal structure and conductive characteristics of NVP. The substitution of Zr4+ is favorable to broaden the ionic channel and stabilize the structural framework due to its larger ionic radius. Meanwhile, vacancies are generated with Zr4+ doping, dramatically facilitating the internal electronic conduction. The coated carbon layer and rGO construct an efficient carbon matrix for electronic and ionic transportation. Moreover, the layered rGO nanosheet benefits to inhibit the growth of the sintered grains, reducing the particle size to provide shortened pathway for Na+ migration, facilitating the kinetic characteristics sufficiently. Consequently, the optimized Na2.9V1.9Zr0.1(PO4)3/[email protected] (Zr0.1-NVP/[email protected]) reveals an outstanding rate capability (81.3 mAh g−1 at 120C) and long cyclic stability (retention of 74.3% at 200C after 3000 cycles) in a half cell. Moreover, the symmetric full cell presents competitive electrochemical property and potential applicability. Multiple measurements demonstrate the superior kinetic characteristics of Zr0.1-NVP/[email protected], in which GITT illuminates the variation rule of DNa+ value definitely. Such a facile and beneficial design supplies an effective strategy for other materials with high-quality in SIBs.
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