NASICON-type Na3Fe2(PO4)3 as a low-cost and high-rate anode material for aqueous sodium-ion batteries

材料科学 阳极 水溶液 普鲁士蓝 电池(电) X射线光电子能谱 电化学 化学工程 纳米技术 电极 有机化学 量子力学 化学 物理化学 工程类 功率(物理) 物理
作者
Qiu Shen,Xianyong Wu,Maoyu Wang,Marcos Lucero,Yan Wang,Jie Wang,Zhenzhen Yang,Wenqian Xu,Qi Wang,Meng Gu,Jianguo Wen,Yaqin Huang,Zhichuan J. Xu,Zhenxing Feng
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:64: 103941-103941 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.103941
摘要

Aqueous sodium-ion batteries are attractive battery alternatives for stationary energy storage due to their inherently low cost and high safety. The development of advanced electrode materials with excellent performance and low cost is crucial for the success of aqueous Na-ion batteries. Albeit the high capacity and stable cycling of the leading anode of NaTi2(PO4)3, the high price of titanium element and the low Na-insertion potential close to the hydrogen evolution reaction may plague its application. Here we introduced a NASICON-type Na3Fe2(PO4)3 as a promising anode alternative for aqueous Na-ion batteries. Synchrotron X-ray diffraction and spectroscopy confirm its phase and atomic structure. Electrochemical characterization and X-ray photoelectron spectroscopy reveal the reversible Na+ insertion in Na3Fe2(PO4)3 due to the Fe3+/Fe2+ redox couple, which renders a specific capacity of ∼60 mAh g−1 and excellent cycling of 1000 cycles at 10C rate. A Super high rate of 100C was also achieved for this anode with a capacity retention of 61% after 1000 cycles. In addition, the Na3Fe2(PO4)3 anode is paired with a Prussian white analogue of Na2Mn[Fe(CN)6] into a full cell, exhibiting promising cell performance and material sustainability. Our work underlines the importance of fabricating aqueous batteries on the basis of the Earth-abundant, cost-effective, and non-toxic elements.
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