消除电压排列错觉:纯度提升和定义离子全电池中NFPP阴极的有效电压范围

科学领域:

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背景情况:

• 在Na$_{4-x}$Fe$_{3-x}$(PO$_{4}$) $_{2-x}$P$_{2}$O$_{7}$ (NFPP) 材料中的杂质阻碍了离子电池 (SIB) 的性能.
• 调节Na$_{2}$FeP_{2}$O$_{7}$ 的比例是缓解这些杂质的关键.

研究的目的:

• 为了优化NFPP对SIBs的阴极材料的纯度和电化学性能.
• 研究和定义NFPP在全电池配置中的有效电压范围.
• 为了证明NFPP在SIB中的实际可行性,当与硬碳阳极配对时.

主要方法:

• 使用双铁源系统进行NFPP的可扩展合成.
• 三重电极测量以确定有效电压窗口 (2.4-3.7V).
• 制造和测试Na$_{3.5}$Fe$_{2.5}$PP//HC囊细胞.

主要成果:

• 最佳的Na$_{3.5}$Fe$_{2.5}$PP材料是用最小的杂质合成的.
• 在有效电压范围内,Na$_{3.5}$Fe$_{2.5}$PP具有较高的初始容量 (116.05/102.33 mAh g$^{-1}$在0.1 C)
• 实现了卓越的速率能力 (74.23 mAh g$^{-1}$在30°C) 和循环稳定性 (75.4%在20°C下经过1万个循环后的保持率).
• Na$_{3.5}$Fe$_{2.5}$PP//HC囊细胞显示出卓越的安全性,低温性能和循环稳定性 (在2300个循环后保持83.25%).

结论:

• 改进了NFPP的纯度提升策略,从而提高了SIB的业绩.
• 半电池和全电池评估之间的容量不匹配被确定并通过电压尾巴解释.
• 这些发现有助于在能源存储系统中实践应用具有NFPP阴极和硬碳阳极的SIB.