Highly Stable Iron- and Manganese-Based Cathodes for Long-Lasting Sodium Rechargeable Batteries

电池(电) 阴极 储能 电化学 体积热力学 电极 材料科学 化学工程 冶金 纳米技术 化学 功率(物理) 热力学 工程类 物理 物理化学
作者
Hyungsub Kim,Gabin Yoon,Inchul Park,Jihyun Hong,Kyu‐Young Park,Jongsoon Kim,Kug‐Seung Lee,Nark-Eon Sung,Seongsu Lee,Kisuk Kang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:28 (20): 7241-7249 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.6b01766
摘要

The development of long-lasting and low-cost rechargeable batteries lies at the heart of the success of large-scale energy storage systems for various applications. Here, we introduce Fe- and Mn-based Na rechargeable battery cathodes that can stably cycle more than 3000 times. The new cathode is based on the solid-solution phases of Na4MnxFe3–x(PO4)2(P2O7) (x = 1 or 2) that we successfully synthesized for the first time. Electrochemical analysis and ex situ structural investigation reveal that the electrodes operate via a one-phase reaction upon charging and discharging with a remarkably low volume change of 2.1% for Na4MnFe2(PO4)(P2O7), which is one of the lowest values among Na battery cathodes reported thus far. With merits including an open framework structure and a small volume change, a stable cycle performance up to 3000 cycles can be achieved at 1C and room temperature, and almost 70% of the capacity at C/20 can be obtained at 20C. We believe that these materials are strong competitors for large-scale Na-ion battery cathodes based on their low costs, long-term cycle stability, and high energy density.
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