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  5. K‐Doping Suppresses Oxygen Redox in P2‐Na₀.₆₇Ni₀.₁₁Cu₀.₂₂Mn₀.₆₇O₂ Cathode Materials for Sodium‐Ion Batteries
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

K‐Doping Suppresses Oxygen Redox in P2‐Na₀.₆₇Ni₀.₁₁Cu₀.₂₂Mn₀.₆₇O₂ Cathode Materials for Sodium‐Ion Batteries

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Hauptpublikation
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TUDa URI
tuda/12976
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-290181
DOI
10.26083/tuprints-00029018
Autor:innen
Zhou, Bei
Wong, Deniz ORCID 0000-0001-7126-0019
Fu, Zhongheng
Guo, Hao
Schulz, Christian ORCID 0000-0001-6401-395X
Karkera, Guruprakash ORCID 0000-0002-3826-7005
Hahn, Horst ORCID 0000-0001-9901-3861
Bianchini, Matteo ORCID 0000-0003-4034-7706
Wang, Qingsong ORCID 0000-0001-5879-8009
Kurzbeschreibung (Abstract)

In P2‐type layered oxide cathodes, Na site‐regulation strategies are proposed to modulate the Na⁺ distribution and structural stability. However, their impact on the oxygen redox reactions remains poorly understood. Herein, the incorporation of K⁺ in the Na layer of Na₀.₆₇Ni₀.₁₁Cu₀.₂₂Mn₀.₆₇O₂ is successfully applied. The effects of partial substitution of Na⁺ with K⁺ on electrochemical properties, structural stability, and oxygen redox reactions have been extensively studied. Improved Na⁺ diffusion kinetics of the cathode is observed from galvanostatic intermittent titration technique (GITT) and rate performance. The valence states and local structural environment of the transition metals (TMs) are elucidated via operando synchrotron X‐ray absorption spectroscopy (XAS). It is revealed that the TMO₂ slabs tend to be strengthened by K‐doping, which efficiently facilitates reversible local structural change. Operando X‐ray diffraction (XRD) further confirms more reversible phase changes during the charge/discharge for the cathode after K‐doping. Density functional theory (DFT) calculations suggest that oxygen redox reaction in Na₀.₆₂K₀.₀₃Ni₀.₁₁Cu₀.₂₂Mn₀.₆₇O₂ cathode has been remarkably suppressed as the nonbonding O 2p states shift down in the energy. This is further corroborated experimentally by resonant inelastic X‐ray scattering (RIXS) spectroscopy, ultimately proving the role of K⁺ incorporated in the Na layer.

Freie Schlagworte

K‐doping

Oxygen redox reaction...

P2‐type cathodes

sodium‐ion batteries

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Gemeinschaftslabor Nanomaterialien
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Small : nano micro
Jahrgang der Zeitschrift
20
Heftnummer der Zeitschrift
43
ISSN
1613-6829
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1002/smll.202402991
PPN
531984729
Artikel-ID
2402991

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