Understanding the sodium ion transport properties, deintercalation mechanism, and phase evolution of a Na2Mn2Si2O7 cathode by atomistic simulation

文献情報

出版日 2021-01-04
DOI 10.1039/D0CP06529C
インパクトファクター 3.676
著者

Yuting Xie, Keshu Dai, Qinyun Wang, FanPei Gu, Miao shui, Jie Shu


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要旨

Molecular dynamics (MD) together with the first principles method (DFT) reveal that Na+ is capable of migrating three dimensionally in a Na2Mn2Si2O7 cathode material. Migration along the a-axis and c-axis have the same mechanism, that is, alternating between the Na1 and Na2 route with a similar local environment and distance. Long-distance hopping between two Na2 atoms or between Na1 and Na2 atoms is crucial for continuous migration along the b-axis. Also, the anti-site phenomenon is identified, and it facilitates the migration of the Na ions. Four intermediate phases are determined according to the formation energy curve and, as a result, the voltage profile is predicted accurately. The state of charge (SOC) dependency of the Na+ energy shows that the mobility of Na+ is highly inhibited in the fully discharged state. Upon the deintercalation of sodium ions, Na+ is activated immediately. A maximal DNa+ value of 3.6 Ɨ 10āˆ’9 cm2 sāˆ’1 and a low energy barrier of ca. 0.26 eV at the deintercalation level of x = 0.25 are observed. Because of the scarcity of Na+, DNa+ experiences a sharp decrease at the end of deintercalation. Despite the low level of Na+ mobility in the range of 0.25 < x < 1, Na2Mn2Si2O7 is still a potential cathode material for use in sodium ion batteries (SIBs).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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