ナトリウムイオン電池の優れたカソードとしてのNa4fe3（PO4）2P2O7の導電率と位相純度のエントロピー駆動型の増強

Na4fe3（PO4）2（P2O7）（NFPP）は、低コスト、容易な製造、環境純度、高構造安定性、ユニークな3次元Na-ion拡散により、ナトリウムイオン電池（SIB）の有望なカソード材料と見なされています。チャネル、および適切な作業電圧。ただし、NFPPの場合、電子とイオンの導電率が低いため、容量と電力密度が制限されます。NAFEP2O7とNAFEPO4の生成は、ナトリウムイオンの拡散を阻害し、合成方法の製造プロセス中に可逆容量と速度性能を低下させます。ここでは、エントロピー駆動型のアプローチを報告して、ナトリウムイオン電池の優れたカソードとしてのNFPPの電子伝導性と同時位相純度を高めるためのエントロピー駆動型アプローチを報告します。このアプローチは、NFPP格子内のFe-ccupied部位の異なる比率を置き換えるティオン（ntfpp-xと表現され、tは格子のtiであり、xはti溶解の比であり、xは構成的エントロピー増分を伴う）を介して実現されました。0.68 rから0.79 Rの格子構造。具体的には、5％Ti置換格子（NTFPP-0.05）がエントロピー増強を誘導すると、7.1×10-2 S/Mから8.6×10-2 S/Mまでの電子伝導率が改善されるだけでなく、また、格子構造のNFPPの純相（NAFEP2O7およびNAFEPO4の不純相を抑制）を生成します。これは、粉末X線回折（XRD）、フーリエ変換赤外線スペクトルを含む一連の特性評価によって検証されます（ft-IR）、X線光電子分光法（XPS）、および密度官能理論（DFT）。格子のTI置換の恩恵を受ける最適なNTFPP-0.05複合材は、高い最初の排出能力（0.1 Cで118.5 MAH G-1）、優れた速度パフォーマンス（10 Cで70.5 MAH G-1）、および優れた長いサイクリングを示します。寿命（容量保持86.9％で10 Cで1200サイクル）。この研究は、NFPPの電気化学パフォーマンスを改善するための新しいエントロピー駆動型のアプローチを提案し、SIBSのNTFPP-0.05の低コスト、超高レートのカソード材料を報告します。

Na4Fe3(PO4)2(P2O7) (NFPP) is regarded as a promising cathode material for sodium-ion batteries (SIBs) owing to its low cost, easy manufacture, environmental purity, high structural stability, unique three-dimensional Na-ion diffusion channels, and appropriate working voltage. However, for NFPP, the low conductivity of electrons and ions limits their capacity and power density. The generation of NaFeP2O7 and NaFePO4 inhibits the diffusion of sodium ions and reduces reversible capacity and rate performance during the manufacturing process in synthesis methods. Herein, we report an entropy-driven approach to enhance the electronic conductivity and, concurrently, phase purity of NFPP as the superior cathode in sodium-ion batteries. This approach was realized via Ti ions substituting different ratios of Fe-occupied sites in the NFPP lattice (denoted as NTFPP-X, T is the Ti in the lattice, X is the ratio of Ti-substitution) with the configurational entropic increment of the lattice structures from 0.68 R to 0.79 R. Specifically, 5% Ti-substituted lattice (NTFPP-0.05) inducing entropic augmentation not only improves the electronic conductivity from 7.1 × 10-2 S/m to 8.6 × 10-2 S/m but also generates the pure-phase of NFPP (suppressing the impure phases of the NaFeP2O7 and NaFePO4) of the lattice structure, which is validated by a series of characterizations, including powder X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectra (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and density functional theory (DFT). Benefiting from the Ti replacement in the lattice, the optimal NTFPP-0.05 composite shows a high first discharge capacity (118.5 mAh g-1 at 0.1 C), superior rate performance (70.5 mAh g-1 at 10 C), and excellent long cycling life (1200 cycles at 10 C with capacity retention of 86.9%). This research proposes a new entropy-driven approach to improve the electrochemical performance of NFPP and reports a low-cost, ultrastable, and high-rate cathode material of NTFPP-0.05 for SIBs.