Hochspannungs-Sauerstoff-Redox-basierte Kathode für wiederaufladbare Natrium-Ionen-Batterien

Zusammenfassung Kürzlich haben anionische Redox-basierte Materialien vielversprechende elektrochemische Leistungen als Kathodenmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien gezeigt. Allerdings ist eine der Einschränkungen bei der Entwicklung von Sauerstoff-Redox-basierten Elektroden ihre niedrige Betriebsspannung. In dieser Studie wird die Betriebsspannung von Sauerstoff-Redox-basierten Elektroden erhöht, indem Nickel in P2-Typ Na 2/3 Zn 0.3 Mn 0.7 O 2 eingebracht wird, sodass das Zink teilweise durch Nickel ersetzt wird. Wie vorgesehen zeigt die resultierende P2-Typ Na 2/3 (Ni 0.5 Zn 0.5 ) 0.3 Mn 0.7 O 2 Elektrode eine durchschnittliche Betriebsspannung von 3,5 V und behält 95 % ihrer Anfangskapazität nach 200 Zyklen im Spannungsbereich von 2,3–4,6 V bei 0,1C (26 mA g −1 ). Operando-Röntgendiffraktionsanalysen zeigen den reversiblen Phasenübergang: P2 zu OP4-Phase beim Laden und Rückkehr zur P2-Phase beim Entladen. Darüber hinaus zeigen ex situ Röntgenabsorption-nahe Randstruktur- und Röntgenphotoelektronenspektroskopiestudien, dass die Kapazität durch die Kombination von Ni 2+ /Ni 4+ und O 2− /O 1− Redox-Paaren erzeugt wird, was durch Berechnungen erster Prinzipien unterstützt wird. Es wird gedacht, dass diese Art von Hochspannungs-Redox-Spezies in Kombination mit Sauerstoff-Redox einen interessanten Ansatz darstellen könnten, um die Energiedichte von Kathodenmaterialien nicht nur für natriumbasierte wiederaufladbare Batterien, sondern auch für andere Alkali-Ionen-Batteriesysteme weiter zu erhöhen.