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  5. P2-type layered high-entropy oxides as sodium-ion cathode materials
 
  • Details
2022
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

P2-type layered high-entropy oxides as sodium-ion cathode materials

File(s)
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Hauptpublikation
mf_1_3_035104.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 3.55 MB
TUDa URI
tuda/9546
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-223846
DOI
10.26083/tuprints-00022384
Autor:innen
Wang, Junbo ORCID 0000-0002-2911-3282
Dreyer, Sören L.
Wang, Kai ORCID 0000-0001-8238-8608
Ding, Ziming
Diemant, Thomas ORCID 0000-0001-9701-9995
Karkera, Guruprakash ORCID 0000-0002-3826-7005
Ma, Yanjiao ORCID 0000-0002-4125-2867
Sarkar, Abhishek ORCID 0000-0001-9444-8241
Zhou, Bei
Gorbunov, Mikhail V. ORCID 0000-0001-6236-0341
Omar, Ahmad ORCID 0000-0001-6759-2053
Mikhailova, Daria ORCID 0000-0002-8197-1807
Presser, Volker ORCID 0000-0003-2181-0590
Fichtner, Maximilian ORCID 0000-0002-7127-1823
Hahn, Horst ORCID 0000-0001-9901-3861
Brezesinski, Torsten ORCID 0000-0002-4336-263X
Breitung, Ben ORCID 0000-0002-1304-3398
Wang, Qingsong ORCID 0000-0001-5879-8009
Kurzbeschreibung (Abstract)

P2-type layered oxides with the general Na-deficient composition NaxTMO₂ (x < 1, TM: transition metal) are a promising class of cathode materials for sodium-ion batteries. The open Na+ transport pathways present in the structure lead to low diffusion barriers and enable high charge/discharge rates. However, a phase transition from P2 to O2 structure occurring above 4.2 V and metal dissolution at low potentials upon discharge results in rapid capacity degradation. In this work, we demonstrate the positive effect of configurational entropy on the stability of the crystal structure during battery operation. Three different compositions of layered P2-type oxides were synthesized by solid-state chemistry, Na₀.₆₇(Mn₀.₅₅Ni₀.₂₁Co₀.₂₄)O₂, Na₀.₆₇(Mn₀.₄₅Ni₀.₁₈Co₀.₂₄Ti₀.₁Mg₀.₀₃)O₂ and Na₀.₆₇(Mn₀.₄₅Ni₀.₁₈Co₀.₁₈Ti₀.₁Mg₀.₀₃Al₀.₀₄Fe₀.₀₂)O₂ with low, medium and high configurational entropy, respectively. The high-entropy cathode material shows lower structural transformation and Mn dissolution upon cycling in a wide voltage range from 1.5 to 4.6 V. Advanced operando techniques and post-mortem analysis were used to probe the underlying reaction mechanism thoroughly. Overall, the high-entropy strategy is a promising route for improving the electrochemical performance of P2 layered oxide cathodes for advanced sodium-ion battery applications.

Freie Schlagworte

P2-type layered catho...

high-entropy oxides

sodium-ion battery

gassing behavior

manganese leaching

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Gemeinschaftslabor Nanomaterialien
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Materials Futures
Jahrgang der Zeitschrift
1
Heftnummer der Zeitschrift
3
ISSN
2752-5724
Verlag
IOP Publishing
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2022
Verlags-DOI
10.1088/2752-5724/ac8ab9
PPN
49963859X

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