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  5. Synergy of cations in high entropy oxide lithium ion battery anode
 
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2023
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Synergy of cations in high entropy oxide lithium ion battery anode

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TUDa URI
tuda/12738
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-287044
DOI
10.26083/tuprints-00028704
Autor:innen
Wang, Kai ORCID 0000-0001-8238-8608
Hua, Weibo ORCID 0000-0001-5372-4422
Huang, Xiaohui ORCID 0000-0002-7279-2030
Stenzel, David ORCID 0000-0003-4784-7500
Wang, Junbo ORCID 0000-0002-2911-3282
Ding, Ziming ORCID 0000-0003-4760-7806
Cui, Yanyan ORCID 0009-0007-2950-6207
Wang, Qingsong ORCID 0000-0001-5879-8009
Ehrenberg, Helmut ORCID 0000-0002-5134-7130
Breitung, Ben ORCID 0000-0002-1304-3398
Kübel, Christian ORCID 0000-0001-5701-4006
Mu, Xiaoke ORCID 0000-0003-1314-038X
Kurzbeschreibung (Abstract)

High entropy oxides (HEOs) with chemically disordered multi-cation structure attract intensive interest as negative electrode materials for battery applications. The outstanding electrochemical performance has been attributed to the high-entropy stabilization and the so-called ‘cocktail effect’. However, the configurational entropy of the HEO, which is thermodynamically only metastable at room-temperature, is insufficient to drive the structural reversibility during conversion-type battery reaction, and the ‘cocktail effect’ has not been explained thus far. This work unveils the multi-cations synergy of the HEO Mg₀.₂Co₀.₂Ni₀.₂Cu₀.₂Zn₀.₂O at atomic and nanoscale during electrochemical reaction and explains the ‘cocktail effect’. The more electronegative elements form an electrochemically inert 3-dimensional metallic nano-network enabling electron transport. The electrochemical inactive cation stabilizes an oxide nanophase, which is semi-coherent with the metallic phase and accommodates Li⁺ ions. This self-assembled nanostructure enables stable cycling of micron-sized particles, which bypasses the need for nanoscale pre-modification required for conventional metal oxides in battery applications. This demonstrates elemental diversity is the key for optimizing multi-cation electrode materials.

Freie Schlagworte

Batteries

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > In-Situ Elektronenmikroskopie
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Mechanik Funktionaler Materialien
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Nature Communications
Jahrgang der Zeitschrift
14
ISSN
2041-1723
Verlag
Springer Nature
Ort der Erstveröffentlichung
London
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2023
Verlags-DOI
10.1038/s41467-023-37034-6
PPN
534866646
ID Nummer
1487
Ergänzende Ressourcen (Forschungsdaten)
https://doi.org/10.5445/IR/1000154295

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