Gruppenfoto der Arbeitsgruppe Energie-Materialien im INM; die Mitarbeitenden gehen gemeinsam durch einen Innenbereich auf die Kamera zu.

Energie-Materialien

Wir entwickeln elektrochemische Energiespeichermaterialien, innovative Wassertechnologien und umweltfreundliche Recyclingmethoden.

Die Forschungsabteilung für Energie-Materialien entwickelt Materialien, die Ionen und elektrische Ladung  effektiv über verschiedene Längenskalen transportieren und speichern. Unsere Materialien transportieren und speichern Ionen sowie elektrische Ladungen effektiv über verschiedene Längenskalen. Wir fokussieren auf nanoporöse Kohlenstoffe, Oxide, Carbide und Sulfide sowie deren Hybridisierung. Unser Workflow umfasst Materialsynthese, umfassende Materialcharakterisierung, elektrochemisches Benchmarking und In-situ-Analyse.

Ein Schwerpunkt liegt auf 2D-Materialien wie MXene und MBene, die in Superkondensatoren und Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien der übernächsten Generation eingesetzt werden können. Diese Materialien ermöglichen auch elektrochemische Entsalzung und Ionenrückgewinnung aus Wasser.

Wir nutzen vielfältige Charakterisierungsmethoden für tiefgreifendes Verständnis und setzen auf digitale Techniken in der prädiktiven Materialforschung. Unsere Kooperationen reichen von internationaler Grundlagenforschung bis zu industriellen Projekten.

Prof. Dr. Volker Presser
Prof. Dr. Volker Presser
Leiter Energie-Materialien

Kontakt

B.Sc. Anna Seltmann
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-230
Laborsicherheitsbeauftrage
M.Sc. Zeyu Fu
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-368
Sekretärin
Sylvia de Graaf
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-501
Mitarbeiter/innen
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-151
E-Mail: peter.burger@leibniz-inm.de
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-218
E-Mail: jean.ruthes@leibniz-inm.de
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-368
E-Mail: zeyu.fu@leibniz-inm.de
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-153
E-Mail: ayush.gadpayle@leibniz-inm.de
Wissenschaftliche Hilfskraft
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
E-Mail: matthias.haller@leibniz-inm.de
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-208
E-Mail: nicolas.huth@leibniz-inm.de
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-374
E-Mail: cansu.koek@leibniz-inm.de
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-268
E-Mail: chiraz.layouni@leibniz-inm.de
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-374
E-Mail: Thao.Le@leibniz-inm.de
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-230
E-Mail: mingren.liu@leibniz-inm.de
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-208
E-Mail: meenu.meenu@leibniz-inm.de
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-314
E-Mail: said.mondahchouo@leibniz-inm.de
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-402
E-Mail: burak.oelmez@leibniz-inm.de
Leiter Energie-Materialien
E-Mail: Volker.Presser@leibniz-inm.de
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-218
E-Mail: asia.sarycheva@leibniz-inm.de
Gastdoktorand/in
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
E-Mail: yassine.seffar@leibniz-inm.de
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-230
E-Mail: anna.seltmann@leibniz-inm.de
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-319
E-Mail: burcu.tan@leibniz-inm.de
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-365
E-Mail: Delvina.Tarimo@leibniz-inm.de
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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E-Mail: bin.wang@leibniz-inm.de
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-151
E-Mail: wensen.wang@leibniz-inm.de
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-268
E-Mail: liying.xue@leibniz-inm.de
Forschung

Materialsynthese

Wir entwickeln, analysieren und wenden elektrochemisch aktive Materialien an um elektro-integrativ elektrochemische Aktivität mit elektrischer Leitfähigkeit zu verbinden. Hierzu besonders gut geeignet sind insbesondere Hybridmaterialien mit nanoskaligen Eigenschaften. Wir nutzen Techniken wie Sol-Gel-Verfahren, Atomlagenabscheidung und Elektrospinnen, und charakterisieren unsere Materialien durch vielfältige Methoden, wie zum Beispiel Elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktion und Schwingungsspektroskopie. Diese Aktivitäten werden durch in situ und in operando Methoden ergänzt, um Prozesse und Mechanismen zu quantifizieren. Unser Materialportfolio umfasst viele verschiedene Materialien mit Schwerpunkt auf Kohlenstoffmaterialien und 2D-Materialien wie MXene, sowie Metalloxide und Konversionsmaterialien.

Forscherin im Labor mit Schutzbrille, Handschuhen und Kittel gießt Flüssigkeit aus einem Kolben in einen Erlenmeyerkolben und beobachtet die Reaktion.
Forschende Person im Labor mit Handschuhen und Kittel justiert Bauteile und Kabel in einem geöffneten technischen Prüf- oder Messgerät.

Energiespeicher

Elektrochemische Energiespeicherung ist ein zentraler Baustein nachhaltiger Technologien zur Umwandlung und Rückgewinnung von Energie. Wir entwickeln Elektrodenmaterialien der nächsten und übernächsten Generation für Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und Hybridsysteme. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf neuartige wie MXene, Hochentropiematerialien und nanoskalierten Hybridmaterialien. Wir setzen eine Vielzahl von Synthese- und Charakterisierungsmethoden ein, um Interkalations-, Konversions- und Legierungsreaktionen zu nutzen, die die Speicherkapazität und die Lade-/Entladeraten verbessern. Digitalisierung und Modellierung von Energiematerialien und Elektrodenherstellung ergänzen unser Forschungsportfolio, welches eine Bandbreite von Grundlagenforschung bis hin zu Industriepartnerschaften umfasst.

Wassertechnologien

Energiematerialien sind nicht nur interessant für traditionelle elektrochemische Energiespeicherung, sondern auch für neuartige Wassertechnologien. Durch Prozesse, ähnlich denen für Batterien und Superkondensatoren, also Redoxprozesse (Ioneninterkalation, Legierung und Konversionsreaktionen) und Ionenelektrosorption, ist es möglich, kontrolliert Ionen aufzunehmen und wieder abzugeben. Damit ist es möglich, selbst spezifische Ionen selektiv zu immobilisieren und zu extrahieren, ohne dass für diesen Prozess hoher Druck oder Filtermembranen benötigt werden. Stattdessen kommen elektrochemische Prozesse und ionenselektive Materialien zum Einsatz. Wir widmen uns insbesondere den Themen der Meerwasserentsalzung, Lithium-Ionen-Extraktion und die Entfernung von Schwermetallionen. Unsere Vision ist es, elektrochemische Prozesse für eine Reihe von Elementen und Verbindungen für energieeffiziente Entsalzung im Hinblick auf kreislauforientierte Materialnutzung, lokale Elementgewinnung und Schadstoffentfernung zu entwickeln.

Schematische Darstellung eines porösen Materials im Wasser, das gelöste Ionen aufnimmt; Na- und Cl-Ionen sind als Kugeln im Wasser dargestellt
Aus Mitteln des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderte Projekte

Kontinuierliche elektrochemische Lithium-Gewinnung (eLiFlow)

Die Energiewende und die Elektromobilität lassen den Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien stark ansteigen. Gleichzeitig ist Lithium als Rohstoff geographisch begrenzt und klassische Gewinnungsverfahren, insbesondere der konventionelle Bergbau, sind mit hohem Energie- und Wasserverbrauch verbunden. Neben geothermischen Wässern rücken daher alternative, nachhaltigere Quellen und Prozesse in den Fokus – insbesondere Lithium-haltige Prozesswässer und hydrometallurgische Prozesslösungen aus dem Batterierecycling.

Im Projekt eLiFlow entwickeln wir am INM ein kontinuierliches elektrochemisches Verfahren, mit dem Lithium-Ionen hochselektiv aus wässrigen Medien abgetrennt und in einer konzentrierten Produktlösung bereitgestellt werden können. Kern der Technologie ist eine Redox-Fluss-Zelle mit Lithium-Ionen-selektiven keramischen und hybriden Membranen sowie zirkulierenden Redox-Elektrolyten. Dadurch lassen sich Lithium-Ionen ohne hohen Chemikalienverbrauch abtrennen.

Ziel des Projekts ist es, neue Lithium-Ionen-selektive Membranen zu entwickeln, umweltfreundlichere Redox-Elektrolyte auf Basis organischer Verbindungen zu etablieren und realitätsnahe Modelllösungen aus dem Batterierecycling sowie aus Lithium-haltigen Wässern zu untersuchen. Die eLiFlow-Zelle wird hinsichtlich Selektivität, Energiebedarf, Langzeitstabilität und Wirtschaftlichkeit optimiert. Die erwarteten Ergebnisse sollen die Grundlage für eine spätere Skalierung der Technologie und den Aufbau regionaler Wertschöpfungsketten für Lithium im Saarland legen.

Das Vorhaben „eLiFlow – Kontinuierliche elektrochemische Lithium-Gewinnung“ wird aus Mitteln der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert. Näheres zur Förderung durch die Europäische Union und den EFRE finden Sie hier:

https://www.saarland.de/DE/portale/eu-foerderportal/strukturfondsfoerderung/efre/efre20212027

Förderbanner mit Logos und Schriftzügen der Europäischen Union, des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung im Saarland sowie des saarländischen Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitales und Energie.

Publikationen

2022
Design of high-performance antimony/MXene hybrid electrodes for sodium-ion batteries

Arnold, Stefanie | Gentile, Antonio | Li, Yunjie | Wang, Qingsong | Marchionna, Stefano | Ruffo, Riccardo | Presser, Volker

DOI:

Due to their versatile properties and excellent electrical conductivity, MXenes have become attractive materials for alkali metal-ion batteries. However, as the capacity is limited to lower values due to the intercalation mechanism, these materials can hardly keep up in the ever-fast-growing community of battery research. Antimony has a promisingly high theoretical sodiation capacity characterized by an alloying reaction. The main drawback of this type of battery material is related to the high volume changes during cycling, often leading to electrode cracking and pulverization, resulting in poor electrochemical performance. A synergistic effect of combing antimony and MXene can be expected to obtain an optimized electrochemical system to overcome capacity fading of antimony while taking advantage of MXene charge storage ability. In this work, variation of the synthesis parameters and material design strategy have been dedicated to achieving the optimized antimony/MXene hybrid electrodes for high-performance sodium-ion batteries. The optimized performance does not align with the highest amount of antimony, the smallest nanoparticles, or the largest interlayer distance of MXene but with the most homogeneous distribution of antimony and MXene while both components remain electrochemically addressable. As a result, the electrode with 40 mass% MXene, not previously expanded, etched with 5 mass% HF and 60% antimony synthesized on the surfaces of MXene emerged as the best electrode. We obtained a high reversible capacity of 450 mA h g−1 at 0.1 A g−1 with a capacity retention of around 96% after 100 cycles with this hybrid material. Besides the successful cycling stability, this material also exhibits high rate capability with a capacity of 365 mA h g−1 at 4 A g−1. In situ XRD measurements and post mortem analysis were used to investigate the reaction mechanism.

DOI:

Journal of Materials Chemistry A ,
2022, 10 (19), 10569-10585.

OPEN ACCESS
Nanoporous Block Copolymer Membranes with Enhanced Solvent Resistance Via UV-Mediated Cross-Linking Strategies

Frieß, Florian V. | Hu, Qiwei | Mayer, Jannik | Gemmer, Lea | Presser, Volker | Balzer, Bizan N. | Gallei, Markus

DOI:

In this work, a block copolymer (BCP) consisting of poly((butyl methacrylate-co-benzophenone methacrylate-co-methyl methacrylate)-block-(2-hydroxyethyl methacrylate)) (P(BMA-co-BPMA-co-MMA)-b-P(HEMA)) is prepared by a two-step atom-transfer radical polymerization (ATRP) procedure. BCP membranes are fabricated applying the self-assembly and nonsolvent induced phase separation (SNIPS) process from a ternary solvent mixture of tetrahydrofuran (THF), 1,4-dioxane, and dimethylformamide (DMF). The presence of a porous top layer of the integral asymmetric membrane featuring pores of about 30 nm is confirmed via scanning electron microscopy (SEM). UV-mediated cross-linking protocols for the nanoporous membrane are adjusted to maintain the open and isoporous top layer. The swelling capability of the noncross-linked and cross-linked BCP membranes is investigated in water, water/ethanol mixture (1:1), and pure ethanol using atomic force microscopy, proving a stabilizing effect of the UV cross-linking on the porous structures. Finally, the influence of the herein described cross-linking protocols on water-flux measurements for the obtained membranes is explored. As a result, an increased swelling resistance for all tested solvents is found, leading to an increased water flux compared to the pristine membrane. The herein established UV-mediated cross-linking protocol is expected to pave the way to a new generation of porous and stabilized membranes within the fields of separation technologies.

DOI:

Macromolecular Rapid Communications ,
2022, 43 (3), 2100632.

OPEN ACCESS
Recent advances in wastewater treatment using semiconductor photocatalysts

Hong, Jaeyoung | Cho, Ki-Hyun | Presser, Volker | Su, Xiao

DOI:

Semiconductor materials demonstrate promising potential for wastewater treatment due to their photocatalytic properties, which can be controlled through the design of the bandgap structure. The photogenerated electron and hole in semiconductor materials provide efficient oxidation/reduction performance for the degradation of pollutants, either directly or indirectly, through the generation of reactive species. Photocatalytic degradation has been utilized to treat contaminants ranging from dyes, chemical precursors, and pharmaceuticals, to diverse organic and inorganic waste. Over the past few years, advances in functional materials have achieved wider light absorption ranges and extended charge carrier lifetime through the doping of heteroatoms or the formation of heterojunctions. Despite these advances, innovative strategies are required to target emerging contaminants with environmental persistence, such as perfluorinated compounds, and improve the efficiency of these nanomaterials in real water matrices in the presence of multicomponent interfering ions. In this review, recent advances on the application of semiconductor catalysts for wastewater treatment and environmental remediation are reviewed, and new approaches that may overcome the current limitations are discussed.

DOI:

Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry ,
2022, 36 100644.

Layered Titanium Niobium Oxides Derived from Solid-Solution Ti–Nb Carbides (MXene) as Anode Materials for Li-Ion Batteries

Husmann, Samantha | Besch, Marie | Ying, Bixian | Tabassum, Anika | Naguib, Michael | Presser, Volker

DOI:

Mixed-metal oxides (MMOx), oxides with more than one (transition) metal, provide versatile structural and electrochemical properties well exploited in energy conversion and electrochemical energy storage. The preparation of MMOx from single-source precursors benefits from homogeneous composition and uniform metal distribution. Herein, we describe layered mixed-metal carbides (MXenes) as templates to prepare MMOx. Through thermal oxidation of TiNb-based MXenes in CO2, mixtures of Ti and Nb oxides were produced. The Ti-to-Nb ratio in the MXene significantly affects the derived oxide composition but does not show a direct stoichiometric relation between them. At higher Ti ratios, oxide mixtures of TiO2 and titanium niobium oxide are obtained, while with Nb excess, only MMOx are produced. Multilayer MXenes retain carbon upon oxidation and produce TiNbOx/C hybrids, while delaminated MXenes lead to pure TiNbOx. When tested as Li-ion battery electrodes, the multilayer MXene-derived MMOx with Ti/Nb = 1:5 presented 226 mAh·g–1 at 10 mA·g–1 and 75% retention after 1000 cycles at 1 A·g–1.

DOI:

ACS Applied Energy Materials ,
2022, 5 (7), 8132-8142.

Layered Nano-Mosaic of Niobium Disulfide Heterostructures by Direct Sulfidation of Niobium Carbide MXenes for Hydrogen Evolution

Husmann, Samantha | Torkamanzadeh, Mohammad | Liang, Kun | Majed, Ahmad | Dun, Chaochao | Urban, Jeffrey J. | Naguib, Michael | Presser, Volker

DOI:

MXene-transition metal dichalcogenide (TMD) heterostructures are synthesized through a one-step heat treatment of Nb2C and Nb4C3. These MXenes are used without delamination or any pre-treatment. Heat treatments accomplish the sacrificial transformation of these MXenes into TMD (NbS2) at 700 and 900 °C under H2S. This work investigates, for the first time, the role of starting MXene phase in the derivative morphology. It is shown that while treatment of Nb2C at 700 °C leads to the formation of pillar-like structures on the parent MXene, Nb4C3 produces nano-mosaic layered NbS2. At 900 °C, both MXene phases, of the same transition metal, fully convert into nano-mosaic layered NbS2 preserving the parent MXene's layered morphology. When tested as electrodes for hydrogen evolution reaction, Nb4C3-derived hybrids show better performance than Nb2C derivatives. The Nb4C3-derived heterostructure exhibits a low overpotential of 198 mV at 10 mA cm−2 and a Tafel slope of 122 mV dec−1, with good cycling stability in an acidic electrolyte.

DOI:

Advanced Materials Interfaces ,
2022, 9 (14), 2102185.

OPEN ACCESS
Continuous transition from double-layer to Faradaic charge storage in confined electrolytes

Fleischmann, Simon | Zhang, Yuan | Wang, Xuepeng | Cummings, Peter T. | Wu, Jianzhong | Simon, Patrice | Gogotsi, Yury | Presser, Volker | Augustyn, Veronica

DOI:

The capacitance of the electrochemical interface has traditionally been separated into two distinct types: non-Faradaic electric double-layer capacitance, which involves charge induction, and Faradaic pseudocapacitance, which involves charge transfer. However, the electrochemical interface in most energy technologies is not planar but involves porous and layered materials that offer varying degrees of electrolyte confinement. We suggest that understanding electrosorption under confinement in porous and layered materials requires a more nuanced view of the capacitive mechanism than that at a planar interface. In particular, we consider the crucial role of the electrolyte confinement in these systems to reconcile different viewpoints on electrochemical capacitance. We propose that there is a continuum between double-layer capacitance and Faradaic intercalation that is dependent on the specific confinement microenvironment. We also discuss open questions regarding electrochemical capacitance in porous and layered materials and how these lead to opportunities for future energy technologies.

DOI:

Nature Energy ,
2022, 7 pages 222–228.

High-Entropy Sulfides as Electrode Materials for Li-Ion Batteries

Lin, Ling | Wang, Kai | Sarkar, Abhishek | Njel, Christian | Karkera, Guruprakash | Wang, Qingsong | Azmi, Raheleh | Fichtner, Maximilian | Hahn, Horst | Schweidler, Simon | Breitung, Ben

DOI:

Abstract High-entropy sulfides (HESs) containing 5 equiatomic transition metals (M), with different M:S ratios, are prepared by a facile one-step mechanochemical approach. Two new types of single-phase HESs with pyrite (Pa-3) and orthorhombic (Pnma) structures are obtained and demonstrate a homogeneously mixed solid solution. The straightforward synthesis method can easily tune the desired metal to sulfur ratio for HESs with different stoichiometries, by utilizing the respective metal sulfides, even pure metals, and sulfur as precursor chemicals. The structural details and solid solution nature of HESs are studied by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, electron energy loss spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, and Mössbauer spectroscopy. Since transition metal sulfides are a very versatile material class, here the application of HESs is presented as electrode materials for reversible electrochemical energy storage, in which the HESs show high specific capacities and excellent rate capabilities in secondary Li-ion batteries.

DOI:

Advanced Energy Materials ,
2022, 12 (8), 2103090.

OPEN ACCESS
Graphene Acid for Lithium-Ion Batteries—Carboxylation Boosts Storage Capacity in Graphene

Obraztsov, Ievgen | Bakandritsos, Aristides | Šedajová, Veronika | Langer, Rostislav | Jakubec, Petr | Zoppellaro, Giorgio | Pykal, Martin | Presser, Volker | Otyepka, Michal | Zbořil, Radek

DOI:

Abstract Environmentally sustainable, low-cost, flexible, and lightweight energy storage technologies require advancement in materials design in order to obtain more efficient organic metal-ion batteries. Synthetically tailored organic molecules, which react reversibly with lithium, may address the need for cost-effective and eco-friendly anodes used for organic/lithium battery technologies. Among them, carboxylic group-bearing molecules act as high-energy content anodes. Although organic molecules offer rich chemistry, allowing a high content of carboxyl groups to be installed on aromatic rings, they suffer from low conductivity and leakage to the electrolytes, which restricts their actual capacity, the charging/discharging rate, and eventually their application potential. Here, a densely carboxylated but conducting graphene derivative (graphene acid (GA)) is designed to circumvent these critical limitations, enabling effective operation without compromising the mechanical or chemical stability of the electrode. Experiments including operando Raman measurements and theoretical calculations reveal the excellent charge transport, redox activity, and lithium intercalation properties of the GA anode at the single-layer level, outperforming all reported organic anodes, including commercial monolayer graphene and graphene nanoplatelets. The practical capacity and rate capability of 800 mAh g−1 at 0.05 A g−1 and 174 mAh g−1 at 2.0 A g−1 demonstrate the true potential of GA anodes in advanced lithium-ion batteries.

DOI:

Advanced Energy Materials ,
2022, 12 (5), 2103010.

OPEN ACCESS
Emerging, hydrogen-driven electrochemical water purification

Suss, Matthew E. | Zhang, Yuan | Atlas, I. | Gendel, Youri | Ruck, E. B. | Presser, Volker

DOI:

Energy-efficient technologies for the remediation of water and generation of drinking water is a key towards sustainable technologies. Electrochemical desalination technologies are promising alternatives towards established methods, such as reverse osmosis or nanofiltration. In the last few years, hydrogen-driven electrochemical water purification has emerged. This review article explores the concept of desalination fuel cells and capacitive-Faradaic fuel cells for ion separation.

DOI:

Electrochemistry Communications ,
2022, 136 107211.

OPEN ACCESS
P2-type layered high-entropy oxides as sodium-ion cathode materials

Wang, Junbo | Dreyer, Sören L. | Wang, Kai | Ding, Ziming | Diemant, Thomas | Karkera, Guruprakash | Ma, Yanjiao | Sarkar, Abhishek | Zhou, Bei | Gorbunov, Mikhail V. | Omar, Ahmad | Mikhailova, Daria | Presser, Volker | Fichtner, Maximilian | Hahn, Horst | Brezesinski, Torsten | Breitung, Ben | Wang, Qingsong

DOI:

P2-type layered oxides with the general Na-deficient composition Na x TMO2 (x < 1, TM: transition metal) are a promising class of cathode materials for sodium-ion batteries. The open Na+ transport pathways present in the structure lead to low diffusion barriers and enable high charge/discharge rates. However, a phase transition from P2 to O2 structure occurring above 4.2 V and metal dissolution at low potentials upon discharge results in rapid capacity degradation. In this work, we demonstrate the positive effect of configurational entropy on the stability of the crystal structure during battery operation. Three different compositions of layered P2-type oxides were synthesized by solid-state chemistry, Na0.67(Mn0.55Ni0.21Co0.24)O2, Na0.67(Mn0.45Ni0.18Co0.24Ti0.1Mg0.03)O2 and Na0.67(Mn0.45Ni0.18Co0.18Ti0.1Mg0.03Al0.04Fe0.02)O2 with low, medium and high configurational entropy, respectively. The high-entropy cathode material shows lower structural transformation and Mn dissolution upon cycling in a wide voltage range from 1.5 to 4.6 V. Advanced operando techniques and post-mortem analysis were used to probe the underlying reaction mechanism thoroughly. Overall, the high-entropy strategy is a promising route for improving the electrochemical performance of P2 layered oxide cathodes for advanced sodium-ion battery applications.

DOI:

Materials Futures ,
2022, 1 (3), 035104.

OPEN ACCESS