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Synthesis, Structure, and Electrochemical Properties of Na3MB5O10 (M = Fe, Co) Containing M2+in Tetrahedral Coordination

Authors :
Gwenaëlle Rousse
Daniel Alves Dalla Corte
Robert Dominko
Florian Strauss
Jean-Marie Tarascon
Matthieu Courty
Moulay Tahar Sougrati
Advanced Lithium Energy Storage Systems - ALISTORE-ERI (ALISTORE-ERI)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
National Institute of Chemistry
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie
Chimie du solide et de l'énergie (CSE)
Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Chaire Chimie du solide et énergie
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Inorganic Chemistry, Inorganic Chemistry, 2016, ⟨10.1021/acs.inorgchem.6b02070⟩, Inorganic Chemistry, American Chemical Society, 2016, ⟨10.1021/acs.inorgchem.6b02070⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; In the search for new cathode materials for sodium ion batteries, the exploration of polyanionic compounds has led to attractive candidates in terms of high redox potential and cycling stability. Herein we report the synthesis of two new sodium transition metal pentaborates Na 3 MB 5 O 10 (M = Fe, Co), where Na 3 FeB 5 O 10 represents the first sodium iron borate reported at present. By means of synchrotron X-ray diffraction, we reveal a layered structure consisting of pentaborate B 5 O 10 groups connected through M 2+ in tetrahedral coordination, providing possible three-dimensional Na-ion migration pathways. Inspired by these structural features we examined the electrochemical performances versus sodium and show that Na 3 FeB 5 O 10 is active at an average potential of 2.5 V vs. Na + /Na 0 , correlated to the Fe 3+ /Fe 2+ redox couple as deduced from ex situ Mössbauer measurements. This contrasts with Na 3 CoB 5 O 10 which is electrochemical inactive. Moreover, we show that their electrochemical performances are kinetically limited as deduced by complementary AC/DC conductivity measurements, hence confirming once again the complexity in designing highly performant borate-based electrodes.

Details

Language :
English
ISSN :
00201669 and 1520510X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Inorganic Chemistry, Inorganic Chemistry, 2016, ⟨10.1021/acs.inorgchem.6b02070⟩, Inorganic Chemistry, American Chemical Society, 2016, ⟨10.1021/acs.inorgchem.6b02070⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f9dde184d5b3e435e071f5f2fe84984a