Cátodo de alta energía/potencia y baja temperatura para baterías de iones de sodio: estudio de XRD in situ y rendimiento superior en celdas completas

Las baterías de iones de sodio (SIBs) siguen enfrentándose a varios desafíos importantes, como bajas densidades de energía y potencia, corta vida útil en ciclos y un rendimiento deficiente a baja temperatura, lo que obstaculiza seriamente sus aplicaciones prácticas. Aquí, se propone un cátodo de alto voltaje compuesto por nano-tetraprismos de Na3 V2 (PO4)2 O2 F (NVPF-NTP) para mejorar la densidad de energía de las SIBs. El NVPF-NTP preparado exhibe dos mesetas de trabajo altas alrededor de 4.01 y 3.60 V frente a Na+/Na con una capacidad específica de 127.8 mA h g-1. La densidad de energía de NVPF-NTP alcanza hasta 486 W h kg-1, que es superior a la mayoría de otros materiales de cátodo reportados previamente para SIBs. Además, debido a la baja deformación (≈2.56% de variación volumétrica) y superior cinética de transporte de Na en los procesos de intercalación/extracción de Na, como se demuestra mediante difracción de rayos X in situ, técnica de titulación galvanostática intermitente y voltametría cíclica a diferentes velocidades de escaneo, el NVPF-NTP muestra una larga vida útil en ciclos, un rendimiento superior a baja temperatura, y capacidades sobresalientes de alta tasa. La comparación de los gráficos de Ragone revela además que el NVPF-NTP presenta el mejor rendimiento de potencia entre los materiales de cátodo de vanguardia para SIBs. Más importante aún, cuando se acopla con un cátodo basado en Sb, las celdas completas de iones de sodio fabricadas también exhiben excelentes rendimientos en tasa y ciclos, proporcionando así un adelanto de su aplicación práctica.