用于离子电池的暴露在空气中的分层氧化物阴极的结构演变:一种Ni-化Na的例子

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 固态化学 固态化学

背景情况:

• 离子电池 (SIB) 正在成为离子电池的可持续替代品.
• 由于其高容量和低成本,P2型分层氧化物 (NaTMO₂) 是SIB的有希望的阴极材料.
• 然而,许多P2型材料表现出空气不稳定性,与水分和CO2反应.

研究的目的:

• 为了研究Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 (NMNO) 的空气诱导的结构转化,一个P2型层状氧化物.
• 为了比较原始NMNO的电化学特性与其暴露在空气中的伯尼赛特相.
• 阐明观察到的电化学行为背后的结构和电子原因.

主要方法:

• 通过sol-gel方法合成Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 (NMNO) 的方法.
• 控制空气暴露以诱导相位过渡到富含Na的Birnessite.
• 用X射线衍射 (XRD),中子衍射和拉曼光谱进行结构分析.
• 在有机电解质中对金属的电化学循环.
• 密度函数理论 (DFT) 对电荷补偿机制的计算.

主要成果:

• 在暴露在空气中时,NMNO从无水的P2转化为水合的Birnessite.
• 原始的P2-NMNO和暴露在空气中的birnessite NMNO都表现出类似的电化学性能,容量在100个周期内从140到60mAhg-1减弱.
• 结构和光谱分析证实了相位过渡.
• DFT计算显示,在两个阶段都有类似的费用补偿机制.

结论:

• 暴露在空气中提供了一个简单的途径,可以从P2型NMNO中合成稳定的birnessite相.
• 结构转换不会显著降低电化学性能,这表明实际应用的潜力.
• 在P2和birnessite阶段的类似电荷补偿机制解释了它们相似的电化学特性.