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

Titelangaben

Zhou, Bei ; Wong, Deniz ; Fu, Zhongheng ; Guo, Hao ; Schulz, Christian ; Karkera, Guruprakash ; Hahn, Horst ; Bianchini, Matteo ; Wang, Qingsong:
K-Doping Suppresses Oxygen Redox in P2-Na₀.₆₇Ni₀.₁₁Cu₀.₂₂Mn₀.₆₇O₂ Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries.
In: Small. (3 Juli 2024) . - 2402991.
ISSN 1613-6829
DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202402991

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Abstract

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.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: K-doping; Oxygen redox reactions; P2-type cathodes; sodium-ion batteries
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Matteo Bianchini
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 04 Jul 2024 08:48
Letzte Änderung: 09 Jul 2024 10:40
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/89900