Ladungskompensation in Batteriekathoden aus Natriumkobaltat

Es ist allgemein bekannt, dass herkömmliche Schichtoxidbatterie-Kathodenmaterialien auf einem kationischen Redoxmechanismus basieren und dass die durch Ladungskompensation ausgelöste Sauerstoffoxidation zu Sauerstoffverlust und begrenzter Kapazität führt. In dieser Arbeit zeigen dünne Filme aus Natriumkobaltat ein gemischtes Redoxverhalten mit starker Sauerstoffbeteiligung innerhalb des reversiblen Interkalationsbereichs. Dieses unerwartete Verhalten wird auf einen zunehmenden Grad an Kovalenz der Übergangsmetall-Sauerstoff (TM-O) -Bindungen während der Deinterkalation in Kombination mit einer hohen strukturellen Flexibilität des Materials zurückgeführt. Diese Erkenntnisse basieren auf elektronischen Strukturdaten, die unter Verwendung einer Operando-Festkörperzelle erhalten wurden und durch DFT-Berechnungen (Density Functional Theory) gestützt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass das Spektrum möglicher Ladungskompensationsmechanismen breiter ist als allgemein angenommen, und zeigen, dass die Einstellung der TM-O-Kovalenz ein Schlüsselfaktor für die Erhöhung der Kapazität auch herkömmlicher Schichtmaterialien ist.