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2025 article

Charge–Discharge Mechanisms in O3–Na x Fe 0.5 Mn 0.5 O 2 Na-Ion Battery Electrodes─Unraveling the Structure of the X-Phase

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Le résumé fourni par la source

Layered sodium transition metal oxides, Na x TMO 2, based on abundant transition metals such as Fe and Mn, are promising low-cost and sustainable cathode materials for Na-ion batteries. However, their route to application is hampered by a limited understanding of the complex structural transformations entailing severe disordering during electrochemical cycling. In particular, lack of insight into the structure and formation mechanisms of the disordered high-potential phases poses a challenge, as these have been associated with rapid deterioration of electrochemical performance. In this work, we elucidate, for the first time, the structures of the high-voltage OP2- and X-phases in O3-type Na 0.95 Fe 0.5 Mn 0.5 O 2, which are archetypical high-potential phases in layered NaTMO 2 materials. The unprecedented structural insight allows us to unravel the charge–discharge mechanism, hereunder showing that the first-to-second cycle asymmetry, common to layered NaTMO 2 materials, is caused by changes to the overlap between Fe 3+ /Fe 4+ oxidation and oxygen redox processes. This promotes the migration of Fe-ions to tetrahedral sites in the NaO 2 slabs, which effectively “pins” the O-type layers, thus obstructing the O3 → P3 transition while it is ongoing and leading to formation of the highly disordered X-phase consisting primarily of O3-type stacking disordered by large domains of P3- and OP2-type stacking.

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Le contrôle bibliographique ouvert

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Titre Crossref
Charge–Discharge Mechanisms in O3–Na <sub> <i>x</i> </sub> Fe <sub>0.5</sub> Mn <sub>0.5</sub> O <sub>2</sub> Na-Ion Battery Electrodes─Unraveling the Structure of the X-Phase
Date Crossref
03/07/2025
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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