Ultralong lifespan of SuperRedox Capacitor using Ti-doped Li3V2(PO4)3 cathode with suppressed vanadium dissolution

文献情報

出版日 2023-12-11
DOI 10.1039/D3TA06240F
インパクトファクター 12.732
著者

Yuta Harada, Naohisa Okita, Masahiro Fukuyama, Wako Naoi


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要旨

In this study, we successfully synthesized highly dispersed composites of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). This was achieved by stoichiometrically substituting various metal ions, namely Ti4+, Al3+, and/or Mn2+, into monoclinic Li3V2−X MX(PO4)3 (LVP), where X varies from 0 to 0.5. The substituted LVP materials, including Ti-, Al-, and Mn-LVP, consistently exhibited enhanced electrochemical performance, surpassing 10 000 cycles in cycling tests. Notably, Ti-LVP (X = 0.1) displayed a remarkable capacity retention of 88.6% after 10 000 cycles. Our investigation entailed comprehensive characterization of the electrochemical behavior of Ti-LVP over the entire doping range (X = 0–0.5). This characterization considered the crystal structure and its potential dependence on V-sites and Li-sites, along with their interplay with the proposed mechanism. Remarkably, a significant reduction (>50%) of vanadium dissolution was observed in immersion tests in polar solvents under extreme conditions with Ti-doped LVP. To gain further insights into this groundbreaking suppression behavior, we employed a combination of X-ray absorption fine structure (XAFS) analysis and precise molecular orbital calculations via the DV-Xα method. This approach unveiled a potential reduction in the ionicity of V3+ in V–O bonds within the bulk of LVP crystals and underscored surface interactions with electrodes and particles as contributing factors. The impact of suppressing parasitic reactions at the anode due to vanadium dissolution was evident in full-cell tests employing a configuration of Li4Ti5O12/(1 M LiPF6/EC:DEC)/Li2.9V1.9Ti0.1(PO4)3, which demonstrated exceptional performance. Overall, the findings of this study hold significant promise for advancing the development of ultrafast and reliable energy storage technologies such as SuperRedox Capacitors, paving the way for a more sustainable and environmentally friendly future.

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掲載誌

Journal of Materials Chemistry A

Journal of Materials Chemistry A
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年間論文数: 2211

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