Co-freies geschichtetes Oxidkathodenmaterial mit stabiler anionischer Redoxreaktion für Natrium-Ionen-Batterien

Zusammenfassung: Co zeigt eine hervorragende Leistung im Hochspannungsbereich für geschichtete Oxidkathodenmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien (SIBs). Allerdings sind seine hohen Kosten und Toxizität bedeutende Nachteile. Co-freie Kathoden mit hoher Leistung sind dringend für die Entwicklung erforderlich. Hierbei werden kostengünstige Mg- und Ti-Elemente bevorzugt, um Co-Elemente zu ersetzen. Eine P2-Na0.67Mn0.53Ni0.30Mg0.085Ti0.085O2 (Ni30MgTi) Kathode zeigt eine hohe reversible spezifische Kapazität von 118 mA h g−1 bei einer Stromdichte von 50 mA g−1 in 2.0–4.25 V, die sogar höher ist als die der Basismuster mit Co. Darüber hinaus erhöhen Mg und Ti die mediane Entlade-Spannung von 3.21 auf 3.59 V, was die Energiedichte von 325 auf 410 Wh kg−1 steigert. Andererseits zeigen ex situ XPS- und in situ differentialelektrochemische Massenspektrometrie-Tests, dass Ni30MgTi eine stabile anionische Redoxreaktion mit reversibler Kapazität im Hochspannungsbereich aufweist. Das Konzept der bimetallischen Co-Substitution bietet eine einfache und effektive Co-freie Strategie zur gleichzeitigen Kostenreduktion und Erhöhung der Energiedichte von geschichteten Oxidkathodenmaterialien für SIBs.