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Investigadores/as Institucionales

Kuhn, AloisAutor o CoautorGarcia-Alvarado, FlavianoAutor o Coautor

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12 de noviembre de 2025
Publicaciones
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Artículo

Slab-Gliding-Induced Structural Evolution in β-V2O5 Enables Reversible High Na-Ion Storage: A Combined Operando Synchrotron Diffraction and Operando XAS Study

Publicado en: CHEMISTRY OF MATERIALS. 37 (21): 8649-8663 - 2025-11-11 37(21), DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01520

Autores:

Cordoba, R; Goclon, J; Sarapulova, A; Maibach, J; Dsoke, S; Garcia-Gonzalez, E; Fauth, F; Kuhn, A; Garcia-Alvarado, F
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Afiliaciones

CELLS ALBA Synchrotron, Cerdanyola Del Valles 08290, Barcelona, Spain - Autor o Coautor
Chalmers Univ Technol, Dept Phys, SE-41296 Gothenburg, Sweden - Autor o Coautor
Fraunhofer Inst Solar Energy Syst, Dept Elect Energy Storage, D-79110 Freiburg, Germany - Autor o Coautor
Freiburg Mat Res Ctr FMF, D-79104 Freiburg, Germany - Autor o Coautor
Karlsruhe Inst Technol KIT, Inst Appl Mat IAM, D-76344 Eggenstein Leopoldshafen, Germany - Autor o Coautor
Univ Bialystok, Fac Chem, PL-15245 Bialystok, Poland - Autor o Coautor
Univ Complutense Madrid, Fac Ciencias Quim, Dept Quim Inorgan, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor
Univ San Pablo CEU, CEU Univ, Fac Farm, Dept Quim & Bioquim,Urbanizac Monteprincipe, Boadilla Del Monte 28668, Madrid, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

High-pressure beta-V2O5 is a positive electrode material for sodium-ion batteries offering a remarkable high capacity of similar to 150 mAh g-1. Despite its attractive electrochemical properties and interesting crystal chemistry due to the existence of several sodiated phases, the sodium intercalation mechanism that provides reversible insertion is still largely unclear. In this work, we conducted a comprehensive investigation of the structural evolution, oxidation state and local structural changes of high-pressure beta-V2O5 during sodium intercalation. Operando synchrotron diffraction and operando X-ray absorption spectroscopy together with X-ray photoelectron spectroscopy, reveal the reversibility of sodium (de)intercalation and allowed us to gain a complete picture of the crystal structure evolution and oxidation state changes during cycling. A full crystal structure determination of the sodiated phases Na x V2O5 (0 P21/m, during sodium intercalation, driven by the facile slab-gliding of V2O5 layers along the crystallographic b direction to accommodate varying amounts of sodium ions. This storage mechanism was further supported with first-principles density functional theory (DFT) calculations.
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Palabras clave

Cathode materialsDiffusionElectrodeIntercalationLithium batteriesPowder diffractionSodium insertionV2o5 polymorphsVanadium pentoxideX-ray

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista CHEMISTRY OF MATERIALS debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2025, se encontraba en la posición 102/461, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Materials Science, Multidisciplinary.

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Impacto y visibilidad social

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Germany; Poland; Sweden.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (Córdoba, Rafael) y Último Autor (GARCIA ALVARADO, FLAVIANO).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido Córdoba, Rafael.

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Objetivos del proyecto

Los objetivos perseguidos en esta aportación se centran en profundizar en el mecanismo de intercalación de sodio en beta-V2O5 para baterías de ion sodio. Se pretende analizar la evolución estructural del beta-V2O5 bajo intercalación de sodio mediante técnicas operando sincrotrón y espectroscopía de absorción de rayos X. Evaluar los cambios en el estado de oxidación y la estructura local durante el ciclo de carga y descarga. Determinar la reversibilidad del proceso de (des)intercalación de sodio y caracterizar las fases sodiadas Na x V2O5 (0 < x < 1) mediante difracción operando. Finalmente, validar mediante cálculos de teoría del funcional de la densidad (DFT) el mecanismo de almacenamiento basado en el deslizamiento de capas a lo largo de la dirección cristalográfica b.
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Reconocimientos ligados al ítem

We thank MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER-UE for funding the projects PID2022-139039OB-C21 and PID2022-139039OB-C22; and AEI/10.13039/501100011033/Union Europea Next Generation EU/PRTR for funding the project TED2021-129427B-I00. A Financial support from Universidad San Pablo is also acknowledged. Rafael Cordoba wants to thank AEI and European Social fund/UE for the predoctoral grant BES-2017-080862. This work contributes to the research performed at the Center for Electrochemical Energy Storage Ulm-Karlsruhe (CELEST) and was partially funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Germany's Excellence Strategy-EXC 2154-Project number 390874152 (POLiS Cluster of Excellence). We thank Jose Manuel Gallardo-Amores (High-pressure Laboratory, Universidad Complutense de Madrid) and Maria Jose Torralvo Fernandez (Department of Inorganic Chemistry, Universidad Complutense de Madrid) for the synthesis of beta-V2O5 and BET experiments, respectively. We thank the National Center for Electron Microscopy (CNME) at Universidad Complutense de Madrid, for support and access to instrumental facilities. The synchrotron diffraction experiments at ALBA were funded through a proposal with reference number 2018093055. We acknowledge DESY synchrotron, a member of the Helmholtz Association HGF, for the provision of experimental facilities. Parts of this research were carried out at PETRA III beamline P65. Beamtime was allocated for proposal(s) I-20200899. The operando XAS work was performed by using the Biologic potentiostat of PETRA-III beamline P02.1. We would like to thank Dr. Edmund Welter from Experiments Division at DESY for the technical support. This work was partly carried out with the support of the Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMFi, www.knmf.kit.edu), a Helmholtz Research Infrastructure at Karlsruhe Institute of Technology (KIT, www.kit.edu). We gratefully acknowledge Polish high-performance computing infrastructure PLGrid (HPC Center: ACK Cyfronet AGH) for providing computer facilities and support within computational grant no. PLG/2022/015728.
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